Dominar a Análise de Vibração: Estratégia Baseada em Dados para Eliminar Vibração na Maquinação

A vibração é um subproduto das ferramentas rotativas comuns na fresagem. Mas vibração excessiva leva a vibração (chatter), que causa desgaste em ferramentas e máquinas - e pior, pode resultar em peças de má qualidade e tempos de ciclo excessivos. Aqui está uma visão geral dos elementos envolvidos na análise de vibração para eliminar vibração.

Se trabalha no fabrico, sabe sobre vibração - principalmente que vibração excessiva não é boa para as máquinas de fresar no chão de fábrica ou para as peças a ser produzidas. Na verdade, os maquinação passam muito tempo a tentar eliminar vibração causada por vibração.

"A vibração pode causar desgaste rápido de ferramentas e má qualidade de superfície das peças a alta velocidade de corte, e acontecerá em diferentes parâmetros de processo", nota investigação publicada em The International Journal of Advanced Manufacturing Technology.

Tipicamente, os maquinação recorrem a táticas de tentativa e erro, gastando de meia a uma jornada de trabalho inteira para determinar a configuração ideal para um trabalho numa máquina de fresar CNC.

Para alcançar a configuração ótima e eliminar vibração - esse guincho cada vez mais alto que indica um corte irregular - os maquinação podem reduzir velocidade, ajustar avanços, tentar variar profundidades de corte axial e radial, e até substituir ferramentas.

Porquê? Para determinar como produzir uma peça no nível operacional ótimo porque isso não só estende a vida útil da ferramenta, como permite, em última análise, que um negócio produza mais peças de alta qualidade mais rapidamente.

Quando a configuração da ferramenta numa máquina CNC está a funcionar de forma estável, é semelhante a passar uma faca quente na manteiga: rápido, silencioso e limpo.

Em instâncias limitadas agora, equipas de maquinação tentam medir e analisar a frequência de vibração entre a peça e a ferramenta de corte, e rastrear os dados através de configurações e máquinas. A poupança de tempo pode ser significativa, mas ao contrário do uso de análise de vibração para planeamento de manutenção preventiva e preditiva de maquinaria industrial, é bastante incomum na maquinação e, mais especificamente, na fresagem.

Veja este vídeo para aprender como o MSC MillMax elimina a adivinhação na otimização das suas aplicações de fresagem:

O que é Análise de Vibração e Por Que Importa no Chão de Fábrica?

Claramente, eliminar vibração pode levar a operações de fresagem mais eficazes e eficientes. Isso significa que os maquinação de um negócio podem produzir mais peças boas, reduzir taxas de sucata e aumentar a rentabilidade.

É aqui que a análise de vibração entra. A análise de vibração é essencialmente a recolha de informação sobre vibração que pode permitir a identificação de velocidades e avanços ideais e estáveis ao maquinação de peças.

"A análise de vibração pode ser os nossos ouvidos para decifrar a linguagem das máquinas, e pode ajudar-nos a determinar onde focar recursos", segundo um artigo em Manufacturing.net.

É algo como medir a saúde do seu conjunto de fresagem, que é a resposta única do fuso da máquina, do porta-ferramentas e da fresa. Quanto maior a vibração e vibração (chatter), mais doente o seu conjunto de fresagem e mais urgente a necessidade de ajuste em velocidade e avanço para aperfeiçoar as suas peças e proteger a sua configuração de falha.

Há algumas maneiras que a vibração pode aumentar custos para um negócio. Primeiro, há o potencial de falha do fuso. Reparar fusos pode custar de algumas centenas a vários milhares de dólares, e substituí-los pode chegar às dezenas de milhares. Em muitos casos, isto pode empalidecer em comparação com o custo de uma máquina que não está a produzir peças. Além disso, máquinas a funcionar abaixo do ideal desgastam-se mais rapidamente do que as que funcionam sem vibração.

"Monitorizar a condição de ferramentas de corte em qualquer operação de maquinação é muito importante para evitar problemas de maquinação inesperados e melhorar a precisão de maquinação", nota investigação no International Journal of Production Research.

Pense nisso como uma máquina de lavar sobrecarregada: se a sua máquina de lavar funciona fora de equilíbrio continuamente, as suas peças começarão a desgastar-se e a máquina avariará mais rapidamente do que de outra forma. Ajustar a carga de lavagem para alcançar estabilidade aumentaria a oportunidade de velocidade ótima para terminar um ciclo, além de permitir que a máquina dure muito mais.

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Os Quatro Princípios da Análise de Vibração

Essencialmente, a vibração (dados recolhidos usando sensores e acelerómetros) é convertida em carga elétrica e medida como um sinal. A análise de vibração compara e fornece insights baseados em medições de frequência de vibração, deslocamento, velocidade e aceleração.

Então, quatro princípios permitem representar e comparar os dados de sinal recolhidos da sua configuração de maquinação. Esses quatro princípios são domínio do tempo, domínio da frequência, domínio conjunto e análise modal.

"Cada domínio fornece informação específica sobre as condições de trabalho e características da parte vibratória", explica ScienceDirect.

O que é domínio do tempo?

Um sinal viaja como uma onda. O domínio do tempo é simplesmente como essa onda muda ao longo do tempo - a sua amplitude.

"Embora a maioria dos problemas de vibração de máquinas sejam detetados usando análise de espectro, alguns tipos são mais facilmente vistos em forma de onda", explica um artigo na revista Reliable Plant.

Mas pode ser difícil usar informação de domínio do tempo para identificar onde as amplitudes acontecem e assim isolar e calibrar a sua máquina apropriadamente.

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O que é domínio da frequência?

Em contraste com domínio do tempo, frequência olha especificamente para as ondas em pontos definidos - e como a amplitude da onda muda nesses pontos distintos, ou frequências.

"Quando amplitudes de deslocamento, velocidade e aceleração são expressas no domínio da frequência - ou seja, amplitude versus frequência - anomalias, na forma de amplitudes altas em certas frequências, tornam-se visíveis", explica a engenheira Danielle Collins num artigo para Motion Control Tips. "E porque muitos problemas relacionados com vibração ocorrem em frequências específicas, a causa e localização da vibração pode ser reduzida ou identificada baseada em variações de amplitude em certas frequências."

O que é domínio conjunto?

Domínio conjunto é exatamente o que soa: emparelha domínios de tempo e frequência para abordar o facto de a análise de vibração envolver o estudo de itens não estacionários.

O que é análise modal?

Análise modal define as frequências naturais de vibração baseadas nos materiais estruturais da configuração, da máquina e da peça. Cria a linha de base contra a qual a análise de vibração pode identificar quando e a que extremo uma configuração de ferramenta e máquina estão fora da calibração desejada para o trabalho específico.

Em última análise, o objetivo destas análises é identificar a velocidade estável para um projeto específico usando uma configuração específica numa máquina específica.

Os seus porta-ferramentas estão a causar vibração nas suas máquinas de alto desempenho? Leia o nosso artigo sobre seleção dos porta-ferramentas certos para descobrir.

Como os seus maquinação gerem vibração? Que abordagens achou mais bem-sucedidas? Partilhe os seus pensamentos nos comentários abaixo.