Was ist Vibrationsanalyse? Ein kalkulierter Ansatz für Chatter

Vibration ist ein Nebenprodukt der rotierenden Werkzeuge, die beim Fräsen üblich sind. Aber übermäßige Vibrationen führen zu Rattern, was zu Verschleiß an Werkzeugen und Maschinen führt – und schlimmer noch zu Teilen von schlechter Qualität und zu langen Zykluszeiten führen kann. Hier ist ein Überblick über die Elemente, die an der Vibrationsanalyse beteiligt sind, um Rattern zu eliminieren.

Wenn Sie in der Fertigung arbeiten, kennen Sie Vibrationen – vor allem, dass übermäßige Vibrationen nicht gut für die Fräsmaschinen in der Werkstatt oder die produzierten Teile sind. Tatsächlich verbringen Maschinisten viel Zeit damit, das durch Vibrationen verursachte Rattern zu beseitigen.

„Rattern kann bei hoher Schnittgeschwindigkeit zu schnellem Verschleiß der Werkzeuge und schlechter Oberflächenqualität der Werkstücke führen und tritt bei verschiedenen Prozessparametern auf“, heißt es in einer im The International Journal of Advanced Manufacturing Technology veröffentlichten Studie .

In der Regel wenden sich Maschinisten der Trial-and-Error-Taktik zu und verbringen zwischen einer halben und einer ganzen Arbeitsschicht, um die ideale Einrichtung für einen Job auf einer CNC-Fräsmaschine zu ermitteln.

Um die optimale Einstellung zu erreichen und das Rattern zu beseitigen – das immer lauter werdende Kreischen, das auf einen unsauberen Schnitt hinweist – könnten Maschinenbediener die Geschwindigkeit reduzieren, die Vorschubraten anpassen, verschiedene axiale und radiale Schnitttiefen ausprobieren und sogar Werkzeuge ersetzen.

Wieso den? Um festzustellen, wie ein Teil auf optimalem Betriebsniveau hergestellt werden kann, da dies nicht nur die Lebensdauer der Werkzeuge verlängert, sondern es einem Unternehmen letztendlich ermöglicht, qualitativ hochwertigere Teile schneller zu produzieren.

Wenn die Werkzeugeinrichtung auf einer CNC-Maschine stabil läuft, ist es, als würde man mit einem heißen Messer durch Butter gehen:schnell, leise und sauber.

Derzeit versuchen Bearbeitungsteams in begrenzten Fällen, die Schwingungsfrequenz zwischen dem Werkstück und dem Schneidwerkzeug zu messen und zu analysieren und die Daten über Einrichtungen und Maschinen hinweg zu verfolgen. Die Zeitersparnis kann erheblich sein, aber im Gegensatz zur Verwendung der Schwingungsanalyse zur Planung der vorbeugenden und vorausschauenden Wartung von Industriemaschinen ist sie bei der Zerspanung und insbesondere beim Fräsen eher ungewöhnlich.

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Was ist Vibrationsanalyse und warum ist sie in der Werkstatt wichtig?

Das Eliminieren von Vibrationen kann eindeutig zu effektiveren und effizienteren Fräsvorgängen führen. Das bedeutet, dass die Maschinisten eines Unternehmens mehr gute Teile produzieren, Ausschussraten reduzieren und die Rentabilität steigern können.

Hier kommt die Vibrationsanalyse ins Spiel. Die Vibrationsanalyse ist im Wesentlichen das Sammeln von Informationen über Vibrationen, die die Identifizierung optimaler, stabiler Geschwindigkeiten und Vorschübe bei der Bearbeitung von Teilen ermöglichen können.

„Vibrationsanalyse kann unser Ohr sein, um die Sprache von Maschinen zu entschlüsseln, und kann uns dabei helfen, zu bestimmen, wo wir Ressourcen konzentrieren müssen“, heißt es in einem Artikel auf Manufacturing.net.

Es ist so, als ob Sie den Zustand Ihrer Fräsbaugruppe messen würden, nämlich die einzigartige Reaktion der Maschinenspindel, des Werkzeughalters und des Fräsers. Je größer die Vibration und das Rattern, desto kränker Ihre Fräsbaugruppe und desto dringender die Notwendigkeit, Geschwindigkeit und Vorschub anzupassen, um Ihre Teile zu perfektionieren und Ihre Einrichtung vor Fehlern zu schützen.

Es gibt einige Möglichkeiten, wie Vibrationen die Kosten für ein Unternehmen in die Höhe treiben können. Erstens besteht die Möglichkeit eines Spindelausfalls. Die Reparatur von Spindeln kann zwischen einigen hundert und mehreren tausend Dollar liegen, und der Austausch kann in die Zehntausende gehen. In vielen Fällen kann dies im Vergleich zu den Kosten einer Maschine, die keine Teile produziert, verblassen. Außerdem verschleißen Maschinen, die unterdurchschnittlich laufen, schneller als solche, die ratterfrei laufen.

„Die Überwachung des Zustands von Schneidwerkzeugen bei jedem Bearbeitungsvorgang ist sehr wichtig, um unerwartete Bearbeitungsprobleme zu vermeiden und die Bearbeitungsgenauigkeit zu verbessern“, stellt eine Studie im International Journal of Production Research fest .

Stellen Sie sich das wie eine überladene Waschmaschine vor:Wenn Ihre Waschmaschine ständig aus dem Gleichgewicht gerät, verschleißen ihre Teile und die Maschine geht schneller kaputt, als es sonst der Fall wäre. Das Anpassen der Waschladung, um Stabilität zu erreichen, würde die Möglichkeit erhöhen, einen Zyklus mit optimaler Geschwindigkeit zu beenden, und die Maschine viel länger halten lassen.

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Die vier Prinzipien der Schwingungsanalyse

Im Wesentlichen werden Vibrationen (mit Sensoren und Beschleunigungsmessern erfasste Daten) in elektrische Ladung umgewandelt und als Signal gemessen. Die Vibrationsanalyse vergleicht und liefert Erkenntnisse basierend auf Messungen von Vibrationsfrequenz, Verschiebung, Geschwindigkeit und Beschleunigung.

Anschließend ermöglichen vier Prinzipien die Darstellung und den Vergleich der von Ihrer Bearbeitungseinrichtung erfassten Signaldaten. Diese vier Prinzipien sind Zeitbereich, Frequenzbereich, gemeinsamer Bereich und Modalanalyse.

„Jede Domäne liefert spezifische Informationen zu den Arbeitsbedingungen und Merkmalen des vibrierenden Teils“, erklärt ScienceDirect.

Was ist Zeitbereich?

Ein Signal breitet sich als Welle aus. Die Zeitdomäne ist einfach, wie sich diese Welle im Laufe der Zeit ändert – ihre Amplitude.

„Während die meisten Maschinenvibrationsprobleme mithilfe der Spektrumanalyse erkannt werden, sind einige Typen leichter in Wellenformen zu erkennen“, erklärt ein Artikel in Reliable Plant Magazin.

Es kann jedoch schwierig sein, Zeitbereichsinformationen zu verwenden, um zu identifizieren, wo die Amplituden auftreten, und Ihre Maschine entsprechend zu isolieren und zu kalibrieren.

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Was ist ein Frequenzbereich?

Im Gegensatz zum Zeitbereich betrachtet die Frequenz speziell die Wellen an festgelegten Punkten – und wie sich die Amplitude der Welle an diesen bestimmten Punkten oder Frequenzen ändert.

„Wenn Verschiebungs-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsamplituden im Frequenzbereich ausgedrückt werden – also Amplitude versus Frequenz –, werden Anomalien in Form von hohen Amplituden bei bestimmten Frequenzen sichtbar“, erklärt die Ingenieurin Danielle Collins in einem Artikel für Motion Control Tips. „Und da viele Probleme im Zusammenhang mit Vibrationen bei bestimmten Frequenzen auftreten, können die Ursache und der Ort der Vibration anhand von Amplitudenschwankungen bei bestimmten Frequenzen eingegrenzt oder identifiziert werden.“

Was ist eine gemeinsame Domain?

Gemeinsame Domäne ist genau das, wonach es sich anhört:Es paart Zeit- und Frequenzdomänen, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die Schwingungsanalyse die Untersuchung nichtstationärer Elemente beinhaltet.

Was ist Modalanalyse?

Die Modalanalyse definiert die Eigenfrequenzen der Schwingung basierend auf den Strukturmaterialien des Aufbaus, der Maschine und des Werkstücks. Es schafft die Basislinie, anhand derer die Vibrationsanalyse feststellen kann, wann und bis zu welchem ​​​​Extrem eine Werkzeugeinstellung und eine Maschine außerhalb der gewünschten Kalibrierung für den spezifischen Job liegen.

Letztendlich besteht das Ziel dieser Analysen darin, die stabile Geschwindigkeit für ein bestimmtes Projekt mit einem bestimmten Setup auf einer bestimmten Maschine zu ermitteln.

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Wie handhaben Ihre Maschinisten Geschwätz? Welche Ansätze haben Sie am erfolgreichsten gefunden? Teilen Sie Ihre Gedanken in den Kommentaren unten mit.