¿Qué es el análisis de vibraciones? Un enfoque calculado para Chatter

La vibración es un subproducto de las herramientas giratorias comunes en el fresado. Pero la vibración excesiva genera vibraciones, lo que provoca el desgaste de las herramientas y las máquinas, y lo que es peor, puede dar como resultado piezas de mala calidad y tiempos de ciclo excesivos. Aquí hay una descripción general de los elementos involucrados en el análisis de vibraciones para eliminar las vibraciones.

Si trabaja en la fabricación, sabe acerca de la vibración, principalmente que la vibración excesiva no es buena para las fresadoras en el taller o las piezas que se producen. De hecho, los maquinistas dedican mucho tiempo a intentar eliminar las vibraciones causadas por las vibraciones.

"La vibración puede causar un desgaste rápido de las herramientas y una mala calidad de la superficie de las piezas de trabajo a alta velocidad de corte, y ocurrirá en diferentes parámetros del proceso", señala una investigación publicada en The International Journal of Advanced Manufacturing Technology .

Por lo general, los maquinistas recurren a tácticas de prueba y error, gastando entre la mitad y un turno de trabajo completo para determinar la configuración ideal para un trabajo en una fresadora CNC.

Para lograr la configuración óptima y eliminar la vibración, ese chirrido cada vez más fuerte que indica un corte irregular, los maquinistas pueden reducir la velocidad, ajustar las velocidades de avance, intentar variar las profundidades de corte axial y radial e incluso reemplazar las herramientas.

¿Por qué? Determinar cómo producir una pieza en el nivel operativo óptimo porque eso no solo prolonga la vida útil de la herramienta, sino que, en última instancia, permite que una empresa produzca más piezas de alta calidad con mayor rapidez.

Cuando la configuración de la herramienta en una máquina CNC funciona de manera estable, es similar a pasar un cuchillo caliente por mantequilla:rápido, silencioso y limpio.

Actualmente, en instancias limitadas, los equipos de mecanizado intentan medir y analizar la frecuencia de vibración entre la pieza de trabajo y la herramienta de corte, y rastrear los datos entre configuraciones y máquinas. El ahorro de tiempo puede ser significativo, pero a diferencia del uso del análisis de vibraciones para planificar el mantenimiento preventivo y predictivo de la maquinaria industrial, es poco común en el mecanizado y, más específicamente, en el fresado.

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¿Qué es el análisis de vibraciones y por qué es importante en el taller?

Claramente, eliminar la vibración puede conducir a operaciones de fresado más efectivas y eficientes. Eso significa que los maquinistas de una empresa pueden producir más piezas buenas, reducir las tasas de desechos y aumentar la rentabilidad.

Ahí es donde entra en juego el análisis de vibraciones. El análisis de vibraciones es esencialmente la recopilación de información sobre vibraciones que puede permitir la identificación de velocidades y avances óptimos y estables al mecanizar piezas.

“El análisis de vibraciones puede ser nuestro oído para descifrar el lenguaje de las máquinas y puede ayudarnos a determinar dónde enfocar los recursos”, según un artículo en Manufacturing.net.

Es como medir la salud de su ensamblaje de fresado, que es la respuesta única del husillo de la máquina, el portaherramientas y la fresa. Cuanto mayor sea la vibración y el traqueteo, más enfermizo será su ensamblaje de fresado y más urgente será la necesidad de ajustar la velocidad y el avance para perfeccionar sus piezas y proteger su configuración de fallas.

Hay algunas formas en que la vibración puede aumentar los costos de una empresa. En primer lugar, existe la posibilidad de que falle el husillo. La reparación de husillos puede costar desde unos pocos cientos de dólares hasta varios miles, y reemplazarlos puede costar decenas de miles. En muchos casos, esto puede palidecer en comparación con el costo de una máquina que no produce piezas. Además, en última instancia, las máquinas que funcionan por debajo del promedio se desgastan más rápido que las que funcionan sin vibraciones.

"Supervisar el estado de las herramientas de corte en cualquier operación de mecanizado es muy importante para evitar problemas de mecanizado inesperados y mejorar la precisión del mecanizado", señala una investigación en el International Journal of Production Research. .

Piénselo como lo haría con una lavadora sobrecargada:si su lavadora se desequilibra continuamente, sus piezas comenzarán a desgastarse y la máquina se averiará más rápido de lo que lo haría de otra manera. Ajustar la carga de lavado para lograr estabilidad aumentaría la oportunidad de lograr una velocidad óptima para terminar un ciclo, además permitiría que la máquina dure mucho más.

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Los cuatro principios del análisis de vibraciones

Básicamente, la vibración (datos recopilados mediante sensores y acelerómetros) se convierte en carga eléctrica y se mide como una señal. El análisis de vibraciones compara y proporciona información basada en mediciones de frecuencia de vibración, desplazamiento, velocidad y aceleración.

Luego, cuatro principios permiten representar y comparar los datos de señal recopilados de su configuración de mecanizado. Esos cuatro principios son el dominio del tiempo, el dominio de la frecuencia, el dominio conjunto y el análisis modal.

“Cada dominio proporciona información específica sobre las condiciones de trabajo y las características de la parte vibrante”, explica ScienceDirect.

¿Qué es el dominio del tiempo?

Una señal viaja como una onda. El dominio del tiempo es simplemente cómo esa onda cambia con el tiempo:su amplitud.

“Si bien la mayoría de los problemas de vibración de las máquinas se detectan mediante el análisis de espectro, algunos tipos se ven más fácilmente en forma de onda”, explica un artículo en Reliable Plant. revista.

Pero puede ser difícil usar la información del dominio del tiempo para identificar dónde ocurren las amplitudes y, por lo tanto, aislar y calibrar su máquina de manera adecuada.

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¿Qué es el dominio de la frecuencia?

En contraste con el dominio del tiempo, la frecuencia analiza específicamente las ondas en puntos establecidos y cómo cambia la amplitud de la onda en esos puntos distintos o frecuencias.

“Cuando las amplitudes de desplazamiento, velocidad y aceleración se expresan en el dominio de la frecuencia, es decir, amplitud versus frecuencia, las anomalías, en forma de amplitudes altas en ciertas frecuencias, se vuelven visibles”, explica la ingeniera Danielle Collins en un artículo para Motion Control Tips. "Y debido a que muchos problemas relacionados con la vibración ocurren en frecuencias específicas, la causa y la ubicación de la vibración se pueden reducir o identificar en función de las variaciones de amplitud en ciertas frecuencias".

¿Qué es el dominio conjunto?

El dominio conjunto es exactamente lo que parece:empareja los dominios de tiempo y frecuencia para abordar el hecho de que el análisis de vibraciones implica el estudio de elementos no estacionarios.

¿Qué es el análisis modal?

El análisis modal define las frecuencias naturales de vibración en función de los materiales estructurales de la configuración, la máquina y la pieza de trabajo. Crea la línea de base contra la cual el análisis de vibraciones puede identificar cuándo y en qué extremo una configuración de herramienta y una máquina están fuera de la calibración deseada para el trabajo específico.

En última instancia, el objetivo de estos análisis es identificar la velocidad estable para un proyecto específico utilizando una configuración específica en una máquina específica.

¿Sus portaherramientas provocan vibraciones en su equipo de alto rendimiento? ¿máquinas? Lea nuestro artículo sobre cómo seleccionar los portaherramientas adecuados para averiguarlo.

¿Cómo gestionan los maquinistas las vibraciones? ¿Qué enfoques ha encontrado más exitosos? Comparta sus pensamientos en los comentarios a continuación.