Почему возникает вибрация при обработке на токарном станке с ЧПУ с плоской станиной?

Вибрация при точении на токарном станке с ЧПУ с плоской станиной возникает, когда колебания в системе резания становятся достаточно сильными, чтобы нарушить процесс обработки. На обработанной детали могут появиться повторяющийся рисунок, шероховатая поверхность или нестабильные размеры. Причина не обязательно заключается в самой плоской станине: на реакцию станка на силы резания влияют инструмент, заготовка, шпиндель, револьверная головка и их опоры.

Самый быстрый способ добиться стабильного резания — определить, что меняется при появлении вибрации. Вибрация, возникающая только у свободного конца длинного вала, указывает на другую проблему, чем вибрация, появляющаяся при одной и той же частоте вращения шпинделя на каждой детали. Снижение скорости или подачи может временно помочь, но не устранит люфт в креплении, износ пластины или недостаточную поддержку заготовки.

Как проявляется вибрация и какой звук она издает

Вибрация часто сопровождается пронзительным свистом или ритмичным рокотом, а на поверхности появляются повторяющиеся следы. На точеной поверхности это могут быть близко расположенные волны или диагональные полосы. На торцевой поверхности рисунок может меняться по мере перемещения инструмента к центру или от него.

Не полагайтесь только на звук. Шум также могут вызывать твердый участок материала, прерывистая поверхность, удар стружки о защитное ограждение или дисбаланс вращающегося узла. Вероятность вибрации особенно высока, если звук и рисунок на поверхности возникают одновременно под нагрузкой резания и меняются при изменении скорости, глубины резания или способа поддержки заготовки.

Полезно различать два вида вибрации.Вынужденная вибрация возникает из-за повторяющегося возмущения, например прерывистого резания или дисбаланса вращающегося узла. Автоколебательная вибрация развивается, когда инструмент проходит по волнистости, оставленной предыдущим оборотом; изменение толщины стружки меняет силу резания и может усиливать колебания. Оба вида вибрации оставляют следы, но изменение скорости часто эффективнее при борьбе с автоколебательной вибрацией, чем с ослабленным компонентом или периодическими ударами.

Начните с жесткости заготовки и инструмента

Длинная заготовка, закрепленная только в патроне, может прогибаться под действием инструмента и возвращаться в исходное положение во время резания. Риск увеличивается по мере того, как возрастает длина вылета за кулачками, особенно при обработке деталей малого диаметра или с тонкими стенками. Если качество поверхности ухудшается по мере приближения инструмента к неподдерживаемому концу, вероятной причиной является прогиб заготовки.

По возможности уменьшите длину выступающей части. Для подходящего вала используйте правильно выверенный центр задней бабки; для более длинной заготовки или заготовки с меньшей жесткостью может потребоваться правильно отрегулированный неподвижный или подвижный люнет. Опора должна контактировать с нужной поверхностью без чрезмерного давления. Слишком большое усилие задней бабки или неправильная регулировка люнета могут деформировать деталь, вызвать нагрев или привести к другой проблеме с точностью.

Важен и захват патрона. Убедитесь, что кулачки подходят к заготовке, правильно соприкасаются с ней и обеспечивают достаточное усилие зажима для выбранного режима резания. Тонкостенная деталь может потерять круглую форму при слишком сильном зажиме, а недостаточный захват создает серьезный риск смещения или выброса детали. Соблюдайте ограничения, установленные производителями патрона и станка, вместо того чтобы компенсировать плохой контакт кулачков чрезмерным усилием.

Со стороны инструмента излишний вылет работает как рычаг. Особенно уязвима расточная оправка, глубоко выступающая в отверстие, поскольку рядом с режущей кромкой она имеет меньшую опору. Используйте минимально возможный вылет, выбирайте оправку наибольшего подходящего диаметра для данного отверстия и проверяйте надежность ее зажима в державке. При наружном точении обеспечьте чистую посадку резцедержателя и пластины, затяните крепеж с указанным моментом и убедитесь, что режущая кромка находится на правильной высоте по центру.

При выборе инструмента важно учитывать и еще одно различие: кольцевая фреза для рельсов HSS предназначена для сверления металла и не является заменой токарного резца или расточной оправки. Инструмент и опора должны соответствовать операции, при которой возникает вибрация.

Проверьте режущую кромку, прежде чем менять программу

Изношенная, сколотая или неправильно установленная пластина может увеличить силы резания и сделать нестабильной даже в остальном подходящую наладку. Остановите станок и осмотрите режущую кромку, гнездо пластины и поверхности зажима. Стружка или грязь под пластиной могут помешать ее ровной посадке. Замените поврежденную пластину и очистите гнездо, прежде чем решать, связана ли проблема с режимами резания.

Геометрия пластины также влияет на силы, действующие на наладку. Более острая геометрия с легким резанием может помочь при обработке тонкой заготовки или расточной оправкой за счет снижения сил резания, но при прерывистом резании или обработке абразивных материалов она может оказаться менее прочной. Увеличенный радиус при вершине может улучшить качество поверхности при стабильной обработке, однако он также способен увеличить радиальную силу и вызвать прогиб при недостаточно жесткой наладке. Выбирайте форму режущей кромки и радиус с учетом материала и доступной жесткости, а не только желаемого качества поверхности.

Осознанно регулируйте скорость, глубину и подачу

Если наладка и режущая кромка в порядке, режимы резания могут вывести процесс из нестабильной области или, наоборот, привести в нее. Частота вращения шпинделя часто оказывается наиболее полезным параметром для проверки, поскольку она меняет взаимодействие последовательных проходов инструмента с волнистостью поверхности.

Попробуйте умеренно изменить скорость, не выходя за пределы рекомендаций производителей приспособления для закрепления заготовки, станка и инструмента. Если вибрация сохраняется, проверьте скорость в противоположном направлении, не предполагая, что более низкая скорость всегда лучше. Записывайте скорость, глубину резания, подачу и результат, чтобы можно было повторить временное улучшение. При использовании постоянной скорости резания учитывайте, что частота вращения шпинделя меняется в зависимости от диаметра: на одном участке детали резание может перейти в нестабильный режим, хотя ранее оно было спокойным.

Глубина резания влияет на ширину обрабатываемого материала и, следовательно, на силу резания. Ее уменьшение может помочь, если инструмент или заготовка прогибаются, однако очень легкий чистовой проход не обязательно будет стабильным. Если режущая кромка не режет, а скользит по поверхности, качество обработки и срок службы инструмента могут ухудшиться. Подача также должна быть достаточной для эффективного резания выбранной кромкой, но при этом оставаться в пределах рекомендаций поставщика пластин и возможностей наладки.

По возможности меняйте только один параметр за раз. Если одновременно изменить скорость, подачу, пластину и опору, более тихое резание мало что скажет об исходной причине проблемы. Если работа уже небезопасна или деталь смещается в патроне, остановите станок и устраните эту проблему, прежде чем проверять режимы резания.

Когда причиной может быть станок

Если вибрация возникает при обработке нескольких разных деталей, несмотря на небольшой вылет инструмента, надежное крепление заготовки и подходящие режимы резания, проверьте станок, а не продолжайте менять программу. Возможные причины — ослабление крепления револьверной головки или инструмента, износ подшипников шпинделя, чрезмерный зазор в направляющих, недостаточная смазка или проблемы с установкой и выравниванием станка.

Место возникновения симптома помогает сузить круг проверок. Вибрация, присутствующая даже без резания, может указывать на вращающийся компонент или проблему привода, а не на процесс резания. Если проблема возникает только при определенном положении оси, имеет смысл проверить направляющую и ее состояние в этой области. Следы, сохраняющиеся при использовании разных инструментов и материалов, требуют проверки общих для всех операций узлов: шпинделя, патрона, револьверной головки, направляющих и крепления станка.

Не пытайтесь проверять состояние подшипников, касаясь вращающихся деталей или открывая ограждения. Остановите станок, отключите источники энергии в соответствии с правилами предприятия и поручите проверки и регулировки, предусмотренные производителем, квалифицированному персоналу по техническому обслуживанию. Для регулировки предварительного натяга подшипников и направляющих, а также выравнивания станка требуются соответствующие методы; затяжка компонентов «на ощупь» может привести к нагреву, заеданию или дополнительным повреждениям.

Выберите следующую проверку по характеру симптома

• Вибрация усиливается у свободного конца детали: проверьте вылет, диаметр, зажим и поддержку центром задней бабки или люнетом.
• Вибрация возникает преимущественно при растачивании: проверьте вылет и диаметр оправки, ее зажим, состояние пластины и зазор в отверстии.
• Вибрация появилась после смены инструмента: перед переписыванием программы проверьте посадку пластины, контакт державки, высоту по центру и вылет.
• Вибрация появляется в узком диапазоне скоростей: проверьте другую безопасную скорость и отметьте, меняется ли вместе с ней рисунок на поверхности.
• Одна и та же проблема возникает при нескольких несвязанных наладках: проверьте общие узлы станка и приспособления для закрепления заготовки.

После достижения стабильного режима проверьте размеры и поверхность по всей обработанной длине детали, а не только на участке, где шум стал тише. Даже при тихом резании могут возникнуть конусность или деформация, если заготовка прогибается. Запись успешной наладки и режимов поможет отличить будущую неисправность инструмента или станка от повторяющегося ограничения, связанного с конкретной операцией.