Dominando el Análisis de Vibraciones: Una Estrategia Basada en Datos para Eliminar el Chatter en Mecanizado

La vibración es un subproducto de las herramientas rotativas comunes en el fresado. Pero la vibración excesiva conduce al chatter, que causa desgaste en herramientas y máquinas, y lo peor puede resultar en piezas de mala calidad y tiempos de ciclo excesivos. Aquí una visión general de los elementos involucrados en el análisis de vibraciones para eliminar el chatter.

Si trabaja en fabricación, sabe de vibración, principalmente que la vibración excesiva no es buena para las máquinas de fresado en la planta o las piezas que se producen. De hecho, los mecanizadores pasan mucho tiempo intentando eliminar el chatter causado por la vibración.

«El chatter puede causar desgaste rápido de herramientas y mala calidad superficial de las piezas a alta velocidad de corte, y ocurrirá en diferentes parámetros de proceso», señala una investigación publicada en The International Journal of Advanced Manufacturing Technology.

Típicamente, los mecanizadores recurren a tácticas de prueba y error, gastando desde media hasta una jornada laboral completa para determinar la configuración ideal para un trabajo en una máquina de fresado CNC.

Para lograr la configuración óptima y eliminar el chatter, ese chirrido cada vez más fuerte que indica un corte no suave, los mecanizadores podrían reducir la velocidad, ajustar avances, probar variando profundidades de corte axial y radial, e incluso reemplazar herramientas.

¿Por qué? Para determinar cómo producir una pieza en el nivel operativo óptimo porque eso no solo extiende la vida de la herramienta, en última instancia permite a un negocio producir más piezas de alta calidad más rápidamente.

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.

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

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¿Qué es el Análisis de Vibraciones y Por Qué Importa en la Planta?

Claramente, eliminar la vibración puede conducir a operaciones de fresado más efectivas y eficientes. Eso significa que los mecanizadores de un negocio pueden producir más piezas buenas, reducir tasas de desperdicio e impulsar la rentabilidad.

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

«El análisis de vibraciones puede ser nuestros oídos para descifrar el lenguaje de las máquinas, y puede ayudarnos a determinar dónde enfocar recursos», según un artículo en Manufacturing.net.

Es más bien como medir la salud de su conjunto de fresado, que es la respuesta única del husillo de la máquina, el portaherramientas y la fresa. Cuanta mayor vibración y chatter, más enfermo su conjunto de fresado y más urgente la necesidad de ajuste en velocidad y avance para perfeccionar sus piezas y proteger su configuración de fallos.

Hay algunas formas en que la vibración puede aumentar los costes para un negocio. Primero, está el potencial de fallo del husillo. Reparar husillos puede costar desde unos cientos de dólares hasta varios miles, y reemplazarlos puede costar decenas de miles. En muchos casos, esto puede palidecer en comparación con el coste de una máquina que no produce piezas. Además, en última instancia, las máquinas que funcionan mal se desgastan más rápido que las que funcionan sin chatter.

«Monitorizar 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 una lavadora sobrecargada: si su lavadora funciona fuera de equilibrio continuamente, sus piezas comenzarán a desgastarse y la máquina se averiará más rápido de lo que podría. Ajustar la carga de lavado para lograr estabilidad aumentaría la oportunidad de velocidad óptima para terminar un ciclo, además de permitir que la máquina dure mucho más.

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Los Cuatro Principios del Análisis de Vibraciones

Esencialmente, la vibración (datos recopilados usando 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 dominio temporal, dominio frecuencial, dominio conjunto y análisis modal.

«Cada dominio proporciona información específica sobre las condiciones de trabajo y características de la parte vibratoria», explica ScienceDirect.

¿Qué es el dominio temporal?

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

«Mientras que la mayoría de los problemas de vibración de máquinas se detectan usando análisis de espectro, algunos tipos se ven más fácilmente en forma de onda», explica un artículo en la revista Reliable Plant.

Pero puede ser difícil usar la información del dominio temporal para identificar dónde ocurren las amplitudes y así aislar y calibrar su máquina apropiadamente.

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¿Qué es el dominio frecuencial?

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

«Cuando los desplazamientos, velocidades y amplitudes de aceleración se expresan en el dominio frecuencial, es decir, amplitud versus frecuencia, las anormalidades, en forma de amplitudes altas en ciertas frecuencias, se vuelven visibles», explica la ingeniera Danielle Collins en un artículo para Motion Control Tips. «Y como muchos problemas relacionados con vibración ocurren en frecuencias específicas, la causa y ubicación de la vibración pueden reducirse o identificarse basándose en variaciones de amplitud en ciertas frecuencias».

¿Qué es el dominio conjunto?

El dominio conjunto es exactamente lo que suena: empareja los dominios temporal y frecuencial 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 basadas en los materiales estructurales de la configuración, la máquina y la pieza. Crea la línea base contra la cual el análisis de vibraciones puede señalar cuándo y en qué extremo una configuración de herramienta y 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 usando una configuración específica en una máquina específica.

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¿Cómo gestionan sus mecanizadores el chatter? ¿Qué enfoques han encontrado más exitosos? Comparta sus pensamientos en los comentarios a continuación.