Analisi: Utilizzo di denti a passo asimmetrico per eliminare le vibrazioni
Le vibrazioni sono un problema costoso e persistente nella fresatura. L'effetto delle vibrazioni può essere abbastanza grande da danneggiare l'utensile, causare la rottamazione del pezzo e persino danneggiare la macchina utensile. A peggiorare le cose, a causa del rischio di vibrazioni, gli operatori delle macchine utensili potrebbero essere troppo conservatori nella selezione dei parametri di lavorazione, impedendo alle capacità della macchina di sfruttarla al meglio. Di solito la capacità di lavorazione della macchina utensile viene utilizzata solo per metà o per una frazione.
Il flutter è una sorta di vibrazione autoeccitata, il che significa che l'energia di ingresso stabile dal motore del mandrino viene convertita in vibrazione attraverso un determinato meccanismo. Il meccanismo principale della vibrazione della macchina utensile è l'amplificazione del feedback positivo dell'onda di vibrazione. In sostanza, la rigidità dinamica del sistema di lavorazione (compresi l'utensile e il pezzo) è insufficiente. Quando il dente della taglierina taglia il pezzo, causerà vibrazioni e il dente vibrante della taglierina formerà increspature sulla superficie del pezzo. Quando il dente successivo è in contatto con la superficie ondulata, l'ondulazione della superficie causerà la modifica dello spessore del truciolo, lo spessore del truciolo modificato causerà la modifica della forza di taglio e la forza di taglio modificata causerà vibrazioni.
Un modo per eliminare il meccanismo delle vibrazioni è testare le caratteristiche dinamiche del sistema di lavorazione, utilizzare questi risultati del test per calcolare una mappa dell'area di taglio stabile e selezionare le condizioni di taglio all'interno dell'intervallo stabile. Questa strategia della gamma di pre-controllo si basa sulla regolazione della vibrazione dell'utensile in modo che coincida con la superficie ondulata. Quando le ondulazioni anteriore e posteriore coincidono tra loro, lo spessore del truciolo non cambia più e la vibrazione cessa. Quando il numero di onde di vibrazione tra denti adiacenti è esattamente 1, 2 o qualsiasi numero intero, sul grafico della curva sinusoidale di stabilità appare un intervallo stabile. Questo tipo di strategia di elaborazione deve conoscere la velocità stabile, mantenere una velocità stabile entro l'intervallo di velocità consentito del mandrino, avere denti della taglierina distribuiti uniformemente e controllare accuratamente la velocità del mandrino.
Una strategia alternativa consiste nel sopprimere il meccanismo di amplificazione del feedback positivo delle onde di vibrazione modificando la spaziatura dei denti. Se i denti della taglierina hanno un passo asimmetrico (irregolare), la superficie ondulata lasciata dal dente della taglierina precedente tagliato da ciascun dente della taglierina avrà una forma d'onda diversa, sopprimendo così le vibrazioni. Rispetto agli utensili con denti equidistanti, gli utensili con denti diversi possono generalmente raggiungere una profondità di taglio assiale più stabile.
Tuttavia, per ottenere tali risultati è necessaria un’attenta stima. Poiché l'avanzamento è costante, la modifica del passo dei denti farà sì che l'avanzamento per dente sia diverso. Ciò di solito significa che solo un dente può sopportare l'intero carico di truciolo, mentre il resto dei denti non può tagliare a pieno carico. Per questo motivo, l'avanzamento effettivo per giro dell'utensile deve essere ridotto e la riduzione dell'avanzamento deve essere compensata aumentando la profondità di taglio assiale finché i denti non sono appena bilanciati.
Ad esempio, consideriamo una fresa a 4 taglienti con denti distribuiti uniformemente e la profondità di taglio assiale più stabile (10 mm). I denti sono distribuiti uniformemente a 90° e le direzioni di disposizione sono rispettivamente 0°, 90°, 180° e 270°. Se il carico truciolo consentito (avanzamento per dente) è 0,2 mm, l'avanzamento per giro sarà 0,8 mm/giro. Se l'orientamento di un solo dente cambia di 10°, l'orientamento di questi denti sarà 0°, 100°, 190° e 280°. Pertanto la spaziatura dei denti è di 100° (spaziatura massima), 90°, 90° e 80° (spaziatura minima).
Per evitare che l'avanzamento per dente alla spaziatura massima superi il valore limite consentito, la spaziatura massima viene utilizzata come spaziatura di controllo. È necessario ridurre la quantità di avanzamento in base al rapporto tra la spaziatura uguale e la spaziatura massima (90°/100° in questo esempio) sulla base dell'avanzamento equidistante dei denti della fresa. In questo modo, i carichi di truciolo corrispondenti a ciascun intervallo tra i denti sono rispettivamente 0,2 mm, 0,18 mm, 0,18 mm e 0,16 mm. L'avanzamento per giro è 0,72 mm/giro. Per questo utensile, l'aumento consentito della profondità di taglio assiale stabile deve essere maggiore del rapporto 100/90, il che significa che 11,1 mm è proprio il valore critico della velocità di rimozione del metallo. In generale, quando si utilizza questo metodo per sopprimere l'amplificazione del feedback positivo dell'onda di vibrazione, per far sì che lo strumento a spaziatura disuguale abbia valore applicativo, è necessario consentire alla profondità assiale di taglio di raddoppiare il rapporto tra spaziatura massima/spaziatura uguale.
Allo stesso modo, la modifica della velocità del mandrino può anche sopprimere l'amplificazione del feedback positivo dell'onda di vibrazione, ma quando il mandrino ruota per più di un giro, anche la spaziatura dei denti dell'utensile può essere modificata in modo efficace. Tuttavia, poiché l'avanzamento è fisso, la distanza massima può comunque controllare l'avanzamento. Prima di poter ottenere qualsiasi aumento della velocità di rimozione del metallo, la variazione della velocità del mandrino deve consentire alla profondità di taglio assiale stabile di raddoppiare il rapporto passo massimo/passo uguale
