Technologia pasywno-dynamicznej kontroli wibracji zwiększa produktywność obróbki skrawaniem.

Niekontrolowane wibracje stwarzają wiele problemów pojawiających się podczas skrawania. Zmienne siły występujące w procesie skrawania wywołują wibracje i drgania narzędzia, skutkujące pogorszeniem jakości powierzchni obrabianego detalu, szybkim zużyciem lub pękaniem ostrza narzędzia oraz uszkodzeniem elementów obrabiarki. Trendy w zakresie konstrukcji produktów również sprzyjają powstawaniu wibracji. Aby poprawić wytrzymałość produktów i ograniczyć koszty montażu, producenci coraz częściej wytwarzają części z monolitycznych elementów obrabianych. Obrabianie wewnętrznych powierzchni części wymaga zwiększenia wysięgu narzędzia, aby uzyskać dostęp do głębokich kieszeni, a im większa długość narzędzia, tym większa tendencja do drgań. Próba minimalizacji wibracji przez obniżenie parametrów skrawania zmniejsza produktywność i zwiększa koszty produkcji.

Wibracje to powszechny problem
We wszystkich sektorach przemysłu uznaje się fakt, że nadmierne wibracje to niebezpieczny stan. Powtarzalne siły robocze i/lub zewnętrzne wywołują ruch drgający, który poprzez rezonans z obrabiarką, budynkiem lub fundamantem może rosnąć do niebezpiecznego poziomu. W celu rozwiązania problemu wibracji firmy produkcyjne i budowlane często stosują koncepcję rezonansowo-masowego tłumika drgań. Rezonansowo-masowy tłumik drgań to komponent zawieszony w obrębie obrabiarki lub konstrukcji, który wpada w rezonans z niepożądanymi wibracjami, pochłania ich energię i minimalizuje ruch drgający.

Wibracje w obróbce skrawaniem
W obróbce skrawaniem wibracje są wywoływane przez zmienne siły występujące podczas skrawania. Siły przerywane w największym stopniu występują w przerywanym procesie skrawania, jakim jest frezowanie, ale także w operacjach toczenia, w których belka oprawki narzędziowej jest okresowo obciążana i odciążana, odpowiednio przy powstawaniu i odrywaniu się wiórów.

Pasywne podejście do kontroli wibracji w obróbce skrawaniem polega na zwiększeniu sztywności elementów układu obróbki skrawaniem. W celu ograniczania niepożądanych ruchów obrabiarki, można ją wyposażyć w sztywne elementy konstrukcyjne, zwiększyć jej wielkość i masę oraz wypełnić betonem lub innym materiałem pochłaniającym wibracje. Z perspektywy elementu obrabianego, na wibracje podczas obróbki skrawaniem podatne są części o cienkich ściankach i z niepodpartymi sekcjami. W ograniczonym stopniu można poprawić sztywność części przez wprowadzenie zmian konstrukcyjnych. Niemniej jednak takie zmiany konstrukcyjne mogą zwiększać masę i pogarszać parametry produktu.

W przypadku narzędzi skrawających pasywne podejście do kontroli wibracji obejmuje stosowanie krótkich, sztywnych narzędzi i zastąpienie stalowych oprawek narzędziowych wykonanymi ze sztywnego węglika wolframu.

Pasywno-dynamiczne podejście do kontroli wibracji polega na zastosowaniu koncepcji rezonansowo-masowego tłumika drgań. System Steadyline firmy Seco obejmuje wstępnie skonfigurowany rezonansowy tłumik drgań, wykonany z materiału o dużej gęstości (w celu zminimalizowania jego całkowitych wymiarów) i zawieszonego wewnątrz belki oprawki narzędziowej za pośrednictwem radialnych elementów pochłaniających. Masa tłumika pochłania wibracje z chwilą ich przeniesienia z narzędzia skrawającego na korpus belki.

Wnioski
Głównymi kandydatami do korzystania z pasywno-dynamicznych systemów kontroli wibracji są producenci sprzętu dla sektora petrochemicznego, elektroenergetycznego i lotniczo-kosmonautycznego, ponieważ każdy z nich wymaga regularnego wytwarzania dużych, złożonych części o cechach wymagających stosowania przedłużonych narzędzi. Ponadto takie części są zwykle wykonane z twardych stopów, które są trudne w obróbce skrawaniem i powodują powstawanie dużych, wywołujących wibracje sił skrawania. Jednakże oczywiste jest, że niemal każdy producent spotyka się z zastosowaniami, w których właściwości pochłaniania drgań systemu Steadyline mogą przynieść mu korzyści w postaci rozszerzenia możliwości, zwiększenia produktywności i ograniczenia kosztów.