diagrammet här är en förenklad schematisk som visar ett typiskt mönster av stabila spindelhastigheter. Vid högre hastigheter faller dämpningseffekterna bort och potentialen för högre skärdjup uttalas.

även om krullade chips som de på toppen kan vara typiska vid aluminiumfräsning, föreslår chipsen i botten—som härrör från en högre inch-per-tand matningshastighet—att en tyngre chipbelastning kan ge det mer energieffektiva sättet att fräsa.

När verktyget går in i ett hörn kan det skära på 100 procent av dess diameter oavsett vad det radiella djupet var i förväg.

Differentialskärare stagger skärkanterna med oregelbundna intervall.

Chatter är en själv upphetsad vibration. Det är resultatet av interaktionen mellan verktygets svängning och vågigheten i ytan. När svängningen och vågigheten är i harmoni (längst till vänster) är skärkraften konstant. Det här är en söt plats. Det värsta fallet (längst till höger) är när svängning och vågighet rör sig precis mittemot varandra.

här är data från faktiska skärtester som används för att hitta den optimala hastigheten för en spindel utrustad med relativt långa verktyg (L/D = 5). Den söta fläcken uppträder vid 17 000 rpm. När denna stabila hastighet hittades togs testskärningar på olika radiella djup.

denna graf illustrerar en del av vibrationssignaturen för en faktisk frässpindel. Grafen är som en topografisk karta, där varje rad betecknar ett konstant skärdjup. Dessa djuplinjer sträcker sig från 2 mm till 9 mm. diagrammet visar hur vid vissa hastigheter snittet är stabil och skärkraften är låg, medan vid andra hastigheter chatter dominerar och topp skärkraften är hög.

Föregående Nästa

aluminium är bland de enklaste metallerna att bearbeta. Och idag är det det som gör bearbetning det konkurrenskraftigt en utmaning.

snabbare spindelhastigheter påverkar alla metallskärningsapplikationer, men hastigheten ändrar reglerna för aluminium mer än för andra metaller. I stål och hårdare legeringar kombineras den högre hastigheten med ett lätt skärdjup, vilket gör att de grundläggande gränserna för processen är oförändrade. Maximal metallavlägsningshastighet fastställs fortfarande av prestandagränserna för verktyget och maskinen.

aluminium är dock unikt bland de vanligaste bearbetade metallerna genom att den höga spindelhastigheten ofta kombineras med tunga skär. Denna kombination-hastighet plus djup-gör chatter till en mycket viktigare oro. Som ett resultat står butiken hogging aluminium vid hög spindelhastighet inte inför två processgränser, men tre. Det finns maskin-och verktygsbegränsningar precis som alltid, och nu finns det också den begränsande effekten som de harmoniska egenskaperna hos spindeln och verktygssystemet totalt sett medför.

det primära resultatet av dessa harmoniska effekter är att topphastigheten inte längre är den bästa hastigheten när det gäller metallavlägsningshastighet. Istället kommer varje fräsprocess som körs vid cirka 15 000 rpm eller högre sannolikt att erbjuda en optimal spindelhastighet, en ”sweet spot”, där skärningen är betydligt stabilare än vid både högre och lägre hastighetsinställningar. Detta sweet spot rpm-värde kan tillåta dubbelt skärdjup jämfört med andra hastigheter. Det kan tillåta tredubbla skärdjupet. Därför kräver effektiv höghastighetsbearbetning av aluminium en typ av kunskap—grundläggande vibrationsanalys—butiken kanske aldrig har behövt tidigare.

den här artikeln handlar om hur man utför den analysen.

återbetalningen-en högre metallavlägsningshastighet i aluminium – har aldrig varit mer värdefull. Hastigheten ändrar inte bara reglerna för effektiv fräsning, det ökar också själva efterfrågan på detta fräsarbete. Dagens frihet att bearbeta aluminium snabbare har gjort det möjligt för många kostsamma sammansättningar i flygplansramar att ersättas ekonomiskt med sofistikerade strukturer bearbetade i ett stycke av aluminiumbillet. I många fall blir bättre än 90 procent av det ursprungliga beståndet förvandlat till chips för att göra dessa delar. Det är därför en hög metallavlägsningshastighet är så fördelaktig.

en verktygsmaskin byggare som har ett egenintresse i att hjälpa butiker att uppnå dessa höga metallavlägsningshastigheter är Cincinnati maskin. Cincinnati, Ohio, builder erbjuder en rad höghastighetsmaskiner för aluminiumfräsning. I den bortre änden av detta sortiment är företagets nyligen introducerade” Hypermach ” – linje med höghastighets horisontella maskiner för stora flygplansdelar. Linjära motorer ger Hypermach-modeller Hög matningshastighet och hög linjär acceleration. Spindelalternativen inkluderar en modell som erbjuder 100 hk och 24 000 rpm. För att vinna mest effektivitet från denna och andra avancerade maskiner är det viktigt att hitta rätt hastighet för varje applikation.

bland Cincinnati maskin anställda som hjälper kunder med detta arbete är huvudingenjör Sinan Badrawy, källa för mycket av denna artikel. Dr. Badrawy är en av en grupp som han kallar ”dynamic mafia”, ett litet antal forskare inom metallbearbetningsindustrin (mest anslutna till University of Florida vid en eller annan gång) som studerar dynamisk vibrationsanalys specifikt som det gäller bearbetning. Verktyg som vanligtvis används i denna forskning inkluderar en känslig hammare för att ”ringa” spindeln som en klocka, i kombination med elektroniska sensorer för att kartlägga vibrationerna som resulterar. Matematiska verktyg för att analysera dessa vibrationer inkluderar siffror så långt borta från de siffror du och jag räknar med att de kallas—bokstavligen—imaginära siffror.

men Dr.Badrawy insisterar på att diagnostisera ett bearbetningscentrums söta fläckar kan göras utan något av dessa verktyg och utan examen i dynamik.

till exempel finns det programvara tillgänglig idag som kan beräkna den optimala spindelhastigheten för en process bara genom att lyssna på prat över en mikrofon kopplad till datorn. Denna programvara, i kombination med viss testskärning, kan avslöja de perfekta bearbetningsparametrarna.

men bara testskärning ensam kan också räcka. En butik kan hitta optimala spindelhastigheter och skärdjup med hjälp av resurser som den redan har tillgänglig. Förmodligen är den dyraste investeringen tid på maskinen.

det första steget, säger Dr Badrawy, är att förstå något om arten av denna optimala spindelhastighet du är ute efter.

Chatter Unmasked

Du kanske tror att chatter i fräsning är helt en produkt av skäreggar som träffar arbetsstycket—med andra ord, bang bang bang och chatter kommer från detta.

bilden är delvis korrekt, men den saknar något grundläggande. ”Bang bang bang” beskriver en tvungen vibration. Chatter, å andra sidan, är en självupphetsad vibration.

skärtester, å andra sidan, lita på kunskap som någon butik hogging aluminium redan har—hur man tar ett fräspass, och vad chatter ser ut och låter som.

en hel del skärning kan krävas, dock. Följande punkt kan inte överbelastas: harmoniska egenskaper är inte inneboende för spindeln och inte inneboende för maskinen . . . men i stället är karakteristiska för hela systemet med spindel + verktygshållare + Verktyg + Verktyg Gage längd. Ändra någon av dessa komponenter, och du har ett annat system för vilket olika optimala skärparametrar måste hittas.

som ett resultat kommer varje annan verktygsdesign att kräva sin egen analys.

det betyder att du kanske använder för många verktyg. Om du tänker dra full nytta av harmoniska söta fläckar i din egen aluminiumfräsning, kan det vara nödvändigt att skära ner på utbudet av tillgängliga verktyg, bara för att begränsa mängden testning som krävs.

det var verkligen fallet inom en Boeing-anläggning som åtagit sig att köra med harmoniskt optimerade hastigheter. Programmerare som skickar arbete till denna butik valde en gång verktyg enligt deras individuella preferenser. Att dra nytta av de söta fläckarna krävde att de istället valde verktyg från en gemensam lista. Detta var listan över alla kombinationer av verktyg, verktygshållare och spindel för vilka sweet spot hade hittats.

din egen testning bör spela in samma information. Spela in spindeln som används, till exempel. Butiker med redundanta maskiner får en paus här eftersom identiska maskiner med identiska spindlar kan förväntas ha identiska (eller åtminstone tillräckligt lika) harmoniska egenskaper.

registrera också det specifika verktyget och verktygshållarstilen, liksom längden som verktyget är fastklämt om det är möjligt för denna Längd att variera.

informationen du handlar om learn gäller bara när du sätter ihop samma kombination igen.

Så här hittar du de optimala skärparametrarna för det här systemet:

procedurer

den maximala spindelhastigheten är lika bra utgångspunkt som någon, så fräs ett pass i toppfart.

faktum är att skillnaden i spindellivslängd mellan high-chatter och low-chatter skärning kan vara slående. Han körde en gång medvetet en höghastighetsspindel i höga pratförhållanden bara för att se hur länge det skulle hålla upp. Han fick det att misslyckas på bara tre timmar. Däremot har han i processer som körs vid harmoniskt optimerade förhållanden sett tillräckligt liten effekt på spindeln att han ifrågasätter själva uppfattningen att höghastighetsbearbetning måste göra spindeln till en engångsvara. Att köra vid höga varvtal accelererar livscykeln, men inte så mycket som ersättningsfrekvensen i vissa butiker skulle föreslå. Med chatter under kontroll, säger han, kan en kvalitetsspindel som används vid produktion av höghastighetsfräsning vara 3 till 5 år.