機械加工における振動分析と制御対策

加工振動解析とその対策

要旨：機械加工工程では振動現象が最も頻繁に発生するため、機械加工工程における振動問題をどのように解決するかは、機械製造業界が常に研究しているテーマの一つである。科学技術の絶え間ない発展とともに、現代のCNC工作機械は機械製造工程の主要なツールとなったが、それは機械製造の効率を向上させるが、多くの問題も引き起こす。本稿では、主に振動が機械加工に及ぼす悪影響を分析し、次に振動の種類と原因を詳しく説明し、最後に振動の除去方法と方法を探る。

キーワード：機械加工、自由振動、強制振動、自励振動、振動キャンセル

序文

機械加工において、振動は表面品質や生産性に大きな影響を与える極めて有害な物理現象である。加工中に振動が発生すると、工具とワークの間に相対的な変位が生じ、その結果、加工面に振動痕が生じ、部品の表面品質と性能に深刻な影響を及ぼします。また、振動は工具にさらなる動的負荷を与え、工具の摩耗を早め、時にはチッピングを引き起こすこともある。同時に、振動は工作機械、治具、その他の部品の接続を緩ませ、隙間を増やし、剛性と精度を低下させ、寿命を縮め、深刻な場合には切削加工を継続できなくなることさえあります。振動で発生するノイズだけでなく、オペレータ自身の健康被害に、振動を低減するために、時には生産性が低下したときに処理のための工作機械を作る切削量を減らすために行かなければならない。したがって、振動を制御するための効果的な方法を模索するための研究と分析を実施するために、加工工程における振動の原因と特性は非常に必要であり、機械振動の種類は、自由振動、強制振動と自励振動、3つのカテゴリに分かれています。自由振動は、振動を維持するために弾性復元力のみに依存して、システムのバランスを破壊する最初の外乱力の作用下にある。システムには常に減衰があるため、自由振動はすぐに減衰し、加工への影響はそれほど大きくありません。強制振動は一種の振動に属し、この種の振動は減衰しない、自励振動も減衰しない振動の範疇に属し、この二種類の加工への影響は無視できない。

振動の種類と原因

振動の原因は多面的で、自由振動、強制振動、自励振動の3つに大別される。

1.自由振動の解析

システムが稼動して外力がなくなると、工作機械システム自体が減衰運動を発生し、これを自由振動と呼ぶ。この理由は、プロセスシステムは、システム上の外部からの衝撃などの力のいくつかを受けることであり、工作機械の駆動システムは、ワークの加工などの衝撃によって引き起こされる非周期的な衝撃に起因する、システム自体がアンバランスな状態につながる、システム自体に依存して復元する復元力の弾力性を持っている、メインによって生成された振動に基づいて、自由振動です。自由振動の周波数は、システム自体の周波数と同じですが、システムは減衰力を形成するので、自由振動が徐々に沈静化されます。

2.強制振動の解析

外部からの周期的な干渉力によって強制的に振動が発生するが、その発生の主な原因は、切削加工中に、工作機械の構造部品の存在により、状況の精度が低く、機械加工が不均一になり、その結果、振動が誘発されることである。同時に、工具の裏側にも振動が発生する可能性があり、工具の種類ごとにエッジの高さが異なるため、加工中に振動が発生します。また、切削するワークの表面が連続的でなく、さまざまな理由で硬さや柔らかさが異なる場合にも、加工中に振動が発生することがあります。加工システムの外側では、旋盤の稼働中に振動を引き起こす理由もあります。強制振動は、主に、定常状態の出現によって引き起こされる振動は、高調波振動であるため、振動が減衰されない場合、外乱力が排除されない場合、外乱力が排除された場合、振動はすぐに終了します、振動の原因から見て、振動の周波数は、外乱力の周波数に等しいです。減衰力を大きくすると、強制振動の振幅を効果的に小さくすることができる。共振領域では、周波数が小さいと振幅が大きく変化し、位相角も変化する。

3.自励振動の解析

機械加工における工作機械は、自励振動は、システムの振動を維持し、強化することができるように、切削力サイクルの一部が変化し、切削力が順番にシステムに作用し、容量の減少の減衰効果に起因するシステムによって補完生成されるように、振動自体がケースです。機械加工工程では、自励振動は主に高周波の強い振動であり、加工ワークの表面品質の低下を招き、工作機械の生産性に大きな影響を与える。研削加工において、砥石間に発生する振動も自励振動である。主な動作原理を図1に示す：

自励振動は主な特徴があって、その振動の種類は非減衰の種類に属するから、システム自身の固有パラメータ、自励振動の周波数は決定的な役割を果たす、この面と強制振動はかなり違う；振動の各周期で、システムによって得られる振動エネルギーは減衰によって消費されるエネルギーと比較され、この値は自励振動の振幅の大きさを決める；自励振動は振動プロセスによって発生する自励振動は振動プロセス自体が発生させる加振とフィードバックによって発生するため、振動プロセスが停止すれば自励振動は消滅する。

III.防振対策

機械加工では、強制振動が自励振動の大きな割合を占め、自由振動の割合も非常に小さい。自由振動は減衰力によってすぐに除去されるため、振動の除去は他の2種類の振動の原因に基づいて除去されることが多い。

1.自励振動除去対策

(1)工具形状パラメータの選択は合理的であるべきで、実験と理論的研究によると、工具形状パラメータは、振動に最も大きな影響を与えるのは主偏向角と正面角であり、切屑の幅が広いほど振動しやすく、Krが小さいほど切削幅が広いので、振動しやすく、正面角が大きいほど切削力が小さく、振幅が小さい。

(2）切断時間では、科学的な選択を与えるために、関連するパラメータは、主に切断速度をカバーし、その量のワークフィードに関連するだけでなく、図2の内容のように、事項の量を食べて戻って関与している、切断速度の20〜60メートル/分の範囲の範囲では、振幅の振幅が特に急速に増加し、速度がより高いか、またはこの範囲よりも低い場合、振動が徐々に弱まる、振幅が減少します。図3に示すように、送り速度と振幅は基本的に逆相関を形成し、送り速度の増加に伴い振幅は徐々に減少する。図4は、バックドラフトと振幅が正の関係を示し、バックドラフトが増加すると振幅が増加することを示している。切削加工では、実際の状況に基づいて、切削加工に関連する合理的なパラメータを選択する必要がある。

(3）処理期間では、システム独自の耐振動性を向上させるために、振動の除去では、工作機械のシステム独自の耐振動性が支配的な位置を占め、この側面に注意を払う必要があり、次の方法の助けを借りて改善することができ、まず第一に、工作機械の剛性を向上させるだけでなく、独自の固定周波数に基づいて、様々なコンポーネントを分析するために、合理的なレイアウトが続くと同時に、抵抗が増加するシステムに置くことができます。増加し、これらのイニシアチブは、機械の耐振動性を向上させることができ、工具のためにも、その剛性を高めるために、ワークピースの曲げ剛性を中心に改善するために、その耐振動性を向上させる必要があります。

(4）処理システム内の振動キャンセル装置を追加し、振動キャンセル装置は、主にシステムに振動吸収材を追加することです、振動吸収材には2つのタイプがあります、すなわち、パワー振動吸収材とショックアブソーバー、パワー振動吸収材は、いくつかの大きな質量ブロックの上にシステムに追加され、ブロックの質量の追加によって電力を生成し、その後、力と加振力によって生成された弾性要素が互いに打ち消し合うように、ショックアブソーバーは主に次のとおりです。ショックアブソーバーは、主に剛性的に接続されたシェルを持つ振動系に追加され、追加されたシェルの中に自由に動く質量ブロックがあり、システムが振動すると、自由振動質量ブロックは、振動を低減するためにエネルギーを消費し、シェルに衝撃を与える。

(5）調整される振動パターンの剛性比は、振動パターンのカップリング原理に依存して、プロセスシステムによって生成される振動は、また、振動パターンの剛性比によって影響されるだけでなく、仕事の合理的な調整を実施するために、それらの間の関係の影響の振動パターンの剛性比の組み合わせは、効果的に振動を抑制する役割を果たすために自励振動にシステムの耐振動性を高めることができるようになります。

2.強制振動の低減対策

強制振動の原因に基づき、振動の原因を突き止め、振動を除去する対策を講じる必要がある。

(1)まず、振動力の振動源をなくすか、弱める、部品の速度が600r/minより高い時、バランスを取る必要がある、部品が高速回転状態にある時、自分の部品の砂粒の分布が不均一で、これは表面の摩耗による作業が均一でないことを示し、スピンドルの振動につながるので、もし新しい砥石の交換は2回後でなければならない。したがって、新しい砥石を交換する場合は、2回のバランステスト、すなわち修正前のテストとトリミング後のテストを受けなければならない。また、歯車の平滑性を向上させることで、定期的な衝撃による振動も軽減される。

(2）共振を防ぐために、加振力の周波数がシステム固有の周波数に近くないようにしようとすると、モータの速度を変更することができ、また、スピンドルの速度を変更することができます。同時にまた、接触面とボンディング面の精度を向上させることができますので、システムの固有の周波数、ギャップを減らす。

(3）は工作機械のモーターおよびベッドの関係で、振動分離の平均を、モーターの振動が隔離することができる同時に工作機械の油圧部分から分けることができるように適用範囲が広い関係方法の使用、またはシステムで油圧緩衝装置を加えるために、工作機械および地面の関係を隔離するために厚いゴムか材木、等を加えることによって工作機械と基礎の間で方向の部品の逆転によって引き起こされる影響を減らすことができる工作機械の伝達によって地面の源のまわりのすべての振動を防ぐことができる使用できる。

IV. 加工プロセスにおける振動の有効利用

振動を利用する多くの方法の中で、振動切断は最も簡単に実現でき、その応用は部品の表面品質を向上させるのにかなり効果的である。振動切断は、ワークの空間と時間の条件が合理的に変化することであり、その結果、切断原理が変化し、切断力と切断熱が減少し、切断の品質が向上するだけでなく、加工の適時性も向上する。振動切断の時間は短いですが、ワークピースを切断し、短い時間の観点から、出入りの切断のプロセスを完了することができますまだ振動を持っていない、ツールはすでにワークピースを残している。

振動の利用は、切削速度を規則的に変化させることで実現でき、加工部品の表面品質を向上させる。例えば、振動を発生させると、切削力と切削温度が低下し、熱処理部品の変形やクラックが減少し、精密加工が実現します。振動パラメータが適切に選択されれば、工具寿命も大幅に改善される。振動切削試験は、正弦波の法則に従って工具が振動切削では、小さなカッターマークの加工面に形成することができることを示しているので、作業を実施する部品は、油膜の表面では、大幅に耐摩擦摩耗性の活動の部品を強化することができます。振動切削の残留力は非常に小さいので、変成層の処理は浅く、金の組織の表面への影響は小さく、その後、表面と材料構造の内部金の組織はほとんど同じであり、ワークの表面の耐食性を高めることができる。

V. 結論

機械加工における振動は、表面品質と生産性に重大な影響を及ぼす極めて有害な物理現象である。加工中に振動が発生すると、工具とワークの間に相対的な変位が生じ、加工面に振動痕ができ、部品の表面品質と性能に深刻な影響を与える。振動は工具にさらなる動的荷重を負担させ、工具の摩耗を加速させ、時には雪崩を起こすことさえある。同時に、振動は工作機械、固定具、その他の接続部品を緩ませ、隙間を増大させ、剛性と精度を低下させ、耐用年数を短くし、深刻な場合には、切削加工ができなくなることさえある。同時に、振動は、工作機械、治具や他の接続部品が緩くなり、その結果、ギャップを増加させ、剛性と精度を低下させ、寿命を短くし、深刻な場合には、さらに切削工程を実行し続けることができないようになります。振動を減らすために、時には切削量を減らすために行かなければならない、その結果、工作機械加工の生産性が低下します。したがって、機械加工の研究と分析における振動の原因と特性は、その後、非常に必要である効果的な方法の振動を制御しようとします。

機械加工では、振動の原因やパターンを分析し、振動の存在を低減することで、ワークの品質や機械・工具の加工能力を向上させることができます。しかし、振動を完全になくすのであれば、さらに研究を重ねて、より高度な振動低減の取り組みを行う必要があります。加工時に発生する振動を適切に利用すれば、サービスの質を向上させ、部品の品質を高めることができる。