کاهش لرزش و ارتعاش در فرآیند تراشکاری

آنچه در این مقاله خواهید آموخت:

• لرزش و یا چترینگ (Chattering) چیست و چگونه بر کیفیت ماشینکاری تأثیر می‌گذارد؟

• علل اصلی ایجاد ارتعاش و لرزش در فرزکاری

• نقش فرکانس‌های طبیعی و نمودارهای لوب پایداری در کنترل لرزش

• روش‌های بهبود سفتی و پایداری سیستم ماشینکاری

• بهینه ‌سازی پارامترهای تراش برای کاهش ارتعاش

• انتخاب ابزار مناسب: مته های فرز انگشتی با هندسه متغیر و مارپیچ متغیر

• اهمیت نقاط تماس محوری در کاهش لرزش

• استراتژی‌های ویژه برای ماشینکاری گوشه‌ها بدون ایجاد ارتعاشات

• تکنیک‌های پیشرفته فرزکاری برای کنترل ارتعاشات

• نقش روکش های ابزار در کاهش ارتعاشات

• اهمیت نگهداری منظم ماشین و ابزارها در جلوگیری از ارتعاشات

• کاربرد سیستم‌های خنک ‌کننده در کاهش ارتعاش

• رویکرد جامع برای از بین بردن چترینگ و افزایش بهره ‌وری​​

چترینگ (Chattering) و ارتعاش از چالش‌های رایج در عملیات ماشینکاری هستند که می‌توانند یک عملیات تراشکاری روان را به فرآیندی پرسروصدا و ناکارآمد تبدیل کنند و منجر به کیفیت سطحی ضعیف و کاهش عمر ابزار شوند. مته های فرز انگشتی الماس به ویژه در معرض آسیب ناشی از ارتعاشات قرار دارند. چترینگ نوعی ارتعاش بازتولیدی است که هنگامی رخ می‌دهد که ابزار تراش به طور مرتب با سطحی که توسط دندانه قبلی ایجاد شده است، تماس پیدا می‌کند. این پدیده می‌تواند در طول تراشکاری به طور مستمر افزایش یابد و تا زمانی که مشکل اصلاح نشود، ادامه می‌یابد. چترینگ باعث ایجاد علائمی مشخص بر روی قطعه کار می‌شود و می‌تواند به طور قابل توجهی عمر مته های فرز انگشتی را کاهش دهد. درک علل ارتعاشات و روش‌های کاهش آن برای بهبود بهره‌ وری و کیفیت در عملیات تراشکاری ضروری است.

چترینگ معمولاً زمانی اتفاق می‌افتد که سیستم تراشکاری از نظر دینامیکی ناپایدار باشد. عوامل متعددی می‌توانند منجر به این ناپایداری شوند از جمله سایش ابزار، انحراف ناشی از نرخ تغذیه بالا یا نیروهای تراش زیاد، عدم تعادل در لبه برش یا شکل دندانه به دلیل زوایای تراش نامناسب یا طول پرهای نابرابردر مته، سفتی ناکافی سیستم ابزار-نگهدارنده، و سفتی ضعیف قطعه کار یا سیستم گیره. همچنین فرکانس طبیعی سیستم ماشینکاری نقش مهمی در وقوع ارتعاشات ایفا می‌کند.

یکی از اولین و مهم ‌ترین گام‌ها برای کاهش ارتعاشات، بهبود سفتی و پایداری سیستم است. استفاده از مته فرز انگشتی با قطر هسته بزرگ ‌تر برای پایداری بهتر توصیه می‌شود. همچنین استفاده از مته های فرز انگشتی با طول کوتاه در صورت امکان می‌تواند انحراف را کاهش دهد. کاهش دادن فاصله بین دماغه اسپیندل  تا نوک ابزار به حداقل ممکن، از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا هرچه این فاصله کمتر باشد، صلبیت سیستم بیشتر می‌شود. استفاده از هولدرهای متعادل ابزار برای به حداقل رساندن ارتعاشات ضروری است. در بسیاری از موارد، دوباره تنظیم کردن گیره ها برای نگهداری محکم‌تر قطعه کار می‌تواند تفاوت قابل توجهی ایجاد کند. قطعه کار باید تا حد امکان سفت و محکم باشد و فاصله بین قطعه کار و اسپیندل باید به حداقل برسد.

بهینه ‌سازی پارامترهای تراش نیز نقش حیاتی در کاهش لرزش دارد. تنظیم سرعت‌های برش و نرخ تغذیه می‌تواند تأثیر قابل توجهی داشته باشد. گاهی اوقات افزایش نرخ تغذیه یا بار براده در هر دندانه می‌تواند مفید باشد. تجربه با سرعت‌های اسپیندل و تنظیم متناسب نرخ تغذیه اغلب می‌تواند به کاهش لرزش کمک کند. اطمینان از اینکه سرعت‌ها و نرخ های تغذیه‌ اولیه برای مواد و برش صحیح هستند، از اهمیت بالایی برخوردار است. در برخی موارد، کاهش سرعت برش یا افزایش نرخ تغذیه و بالعکس می‌تواند مؤثر باشد، اما باید به صورت علمی و با تغییر یک متغیر در هر زمان و فقط به میزان کمی عمل کرد.

انتخاب ابزار مناسب نیز برای کنترل لرزش حیاتی است. استفاده از مته های فرز انگشتی با هندسه متغیر می‌تواند به طور قابل توجهی لرزش را کاهش دهد. مته های فرز انگشتی با مارپیچ متغیر که دارای زوایای مارپیچ مختلف در طول ابزار هستند، نیروهای برش را به طور یکنواخت ‌تری توزیع می‌کنند و هارمونیک‌ها را می‌شکنند که منجر به عملکرد تراشکاری روان‌ تر و بهبود کیفیت سطح می‌شود. این طراحی منحصر به فرد باعث می‌شود فواصل زمانی بین تماس لبه برش با قطعه کار متفاوت باشد و نه همزمان با هر چرخش ابزار، که این تغییر، لرزش را با کاهش هارمونیک‌ها به حداقل می‌رساند. استفاده از مته های فرز انگشتی با تعداد پرهای بیشتر می‌تواند برای برش روان ‌تر مفید باشد. انتخاب زاویه مارپیچ مناسب نیز مهم است؛ زوایای مارپیچ بالاتر برای پرداخت‌کاری و مواد نرم‌ تر مناسب‌ترند، در حالی که زوایای پایین‌ تر برای عملیات خشن کاری و مواد سخت‌ تر بهتر هستند.

نقاط تماس محوری نقش مهمی در کاهش ارتعاش و چترینگ در طول فرآیندهای ماشینکاری ایفا می‌کنند. یافتن عمق برش محوری صحیح که با تعداد مشخصی از نقاط تماس مطابقت دارد، می‌تواند به دستیابی به شرایط برش پایدار کمک کند. نقاط تماس بر اساس نسبت عمق محوری برش و گام مارپیچ مته فرز انگشتی تعیین می‌شوند. همچنین اطمینان از اینکه رانش ابزار در محدوده‌های قابل قبول است و بررسی اینکه هندسه ابزار از جمله صورت برش، رلیف، فلوت و زاویه مارپیچ برای مواد مناسب هستند، ضروری است. در صورت استفاده از فرزکاری معمولی، تغییر به فرزکاری صعودی می‌تواند مفید باشد.

لرزش اغلب هنگام ماشینکاری گوشه‌ها رخ می‌دهد زیرا با ورود مته فرز انگشتی به گوشه، درصد درگیری و تعداد دندانه‌ها در برش افزایش می‌یابد که این امر به طور چشمگیری نیروهای برش را افزایش داده و باعث چترینگ می‌شود. برای کاهش چترینگ در ماشینکاری گوشه‌ها، استفاده از اینترپولاسیون دایره‌ای برای ایجاد شعاع گوشه بزرگ‌تری نسبت به آنچه در نقشه قطعه مشخص شده است، توصیه می‌شود. سپس می‌توان مواد باقیمانده را با یک فرز انتهایی کوچک‌تر با استفاده از اینترپولاسیون دایره‌ای برداشت. برنامه ‌ریزی مجدد مسیر ابزار برای هدایت نیروهای تراش به سمت قسمت‌های سفت ‌تر قطعه کار نیز می‌تواند مؤثر باشد.

استراتژی‌های پیشرفته ‌تری نیز برای کاهش لرزش وجود دارند. استفاده از تکنیک‌های فرزکاری مدرن مانند فرزکاری ترکویدال و فرزکاری لایه ‌ای که بر اساس اصول نازک ‌سازی براده هستند، اغلب می‌توانند به کاهش انحراف ابزار و بهبود در بهره ‌وری کمک کنند. در اکثر موارد، انتخاب روش فرزکاری صعودی به کاهش لرزش کمک می‌کند. کنترل نیروهای برش شعاعی بیش از حد یک عنصر کلیدی برای کاهش ارتعاشات بازتولیدی است. استفاده از سیستم‌های ضد ارتعاش در صورت امکان، برای میرایی ارتعاشات لرزش به دلیل سرعت‌ها و تغذیه‌های بالا باید در نظر گرفته شود.

نمودارهای لوب پایداری، ابزار مهمی برای پیش ‌بینی و اجتناب از لرزش هستند. این نمودارها مرز بین نواحی پایدار و ناپایدار را به عنوان تابعی از سرعت اسپیندل و عمق برش نشان می‌دهند و می‌توانند برای بهینه‌ سازی فرآیندهای ماشینکاری از نظر به حداکثر رساندن نرخ برداشت مواد تحت شرایط برش پایدار استفاده شوند. این نمودارها بر اساس توابع پاسخ فرکانسی یا پارامترهای مودال سیستم ماشینکاری قابل محاسبه هستند. درک و استفاده از این نمودارها می‌تواند به انتخاب ترکیبات بهینه سرعت اسپیندل و عمق برش کمک کند.

پوشش‌های ابزار نیز نقش مهمی در کاهش چترینگ دارند. برای کاهش گردی لبه و لرزش، باید اینسرت‌های محافظت شده با پوشش‌های ضخیم CVD را با آن‌هایی که پوشش‌های نازک ‌تر PVD دارند جایگزین کرد. اگرچه روکش های CVD برای مقاومت در برابر سایش فرموله شده‌اند، پوشش‌های PVD لبه اینسرت تیزتری و زاویه براده مثبت ‌تری فراهم می‌کنند که به کاهش ارتعاش کمک می‌کند. استفاده از روکش های مناسب برای مواد قطعه کار می‌تواند تفاوت قابل توجهی ایجاد کند زیرا بسیاری از پوشش‌ها لغزندگی را افزایش داده و سایش طبیعی ابزار را کاهش می‌دهند.

نگهداری منظم ماشین و ابزارها نقش حیاتی در کاهش لرزش دارد. ماشین‌های فرسوده یا ابزارهای کند به مراتب بیشتر مستعد ایجاد ارتعاشات هستند. انجام بررسی‌های نگهداری منظم در ماشین از جمله روان‌ کاری، تراز و سفت کردن همه اجزا ضروری است. بازرسی ابزارها برای سایش یا آسیب قبل از هر عملیات مهم است زیرا ابزارهای کند می‌توانند منجر به افزایش نیروهای برش و لرزش شوند. کالیبراسیون منظم ماشین برای اطمینان از دقت و پایداری در طول فرزکاری ضروری است.

استفاده از سیستم‌های خنک ‌کننده مناسب نیز می‌تواند در کاهش لرزش مؤثر باشد. بهینه ‌سازی استراتژی خنک ‌کننده می‌تواند به حفظ تیزی ابزار، بهبود کیفیت سطح و کاهش خطر چترینگ کمک کند. استفاده از ابزارهای با خنک ‌کننده از طریق بدنه ابزار می‌تواند برای مدیریت گرما و بهبود تخلیه براده مفید باشد. انتخاب مته های فرز انگشتی با دقت های بالا یا شعاع گوشه کوچک نیز می‌تواند به کاهش لرزش کمک کند.

در نهایت، رویکرد جامع برای کاهش لرزش، شامل ترکیبی از تمام این استراتژی‌ها است. بهترین راه برای از بین بردن لرزش، اغلب ترکیبی از راه‌ حل‌ها است نه تکیه بر یک روش واحد. با دنبال کردن این نکات و استراتژی‌ها، می‌توان به طور قابل توجهی لرزش را کاهش داده و کیفیت عملیات فرزکاری را بهبود بخشید. این امر منجر به افزایش عمر ابزار، بهبود کیفیت سطح قطعات، کاهش زمان ماشینکاری و در نهایت افزایش بهره‌ وری و کاهش هزینه‌های تولید می‌شود.

منابع:

1.

Kennametal. (2024). “Reducing Chatter and Vibration in End Milling.” Retrieved from https://www.kennametal.com/us/en/resources/blog/metal-cutting/reducing-chatter-and-vibration-in-end-milling.html
2.

Kennametal. “Tech Tip #32 - Reducing Chatter and Vibration in End Milling.” Retrieved from https://www.kennametal.com/en/resources/tech-tips/milling/tech-tip-32.html
3.

Travers Tool Co. “How to Reduce or Eliminate Chatter in Machining.” Retrieved from https://solutions.travers.com/metalworking-machining/milling/how-to-reduce-or-elminate-chatter-in-machining
4.

Sandvik Coromant. “Vibration in Milling.” Retrieved from https://www.sandvik.coromant.com/en-us/knowledge/milling/vibration
5.

KSPTG. (2025). “Fix Milling Chatter: Expert Tips for Solid and Indexable Mills.” Retrieved from https://www.ksptg.com/learning/how-to-fix-milling-chatter/
6.

Tungaloy Corporation. (2025). “Effective Ways to Reduce Chatter in End Milling.” Retrieved from https://tungaloy.com/whats-new/reduce-chatter-in-end-milling/
7.

CNC Cookbook. “Chatter in Machining: Milling & Lathe Vibration.” Retrieved from https://www.cnccookbook.com/chatter-in-machining-milling-lathe-vibration/
8.

Altintas, Y., & Budak, E. (1995). “Analytical Prediction of Stability Lobes in Milling.” Annals of the CIRP, 44(1), 357-362.
9.

Li, Z., Wang, Z., & Shi, X. (2017). “Fast prediction of chatter stability lobe diagram for milling process using frequency response function or modal parameters.” International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 89, 2603-2612.
10.

Harvey Performance Company. “Variable Helix End Mills.” Retrieved from https://www.harveyperformance.com/in-the-loupe/tag/variable-helix/
11.

TBS Tools & Abrasives Ltd. “Elevating Machining Precision: The Impact of Variable Helix End Mills.” Retrieved from https://www.tbs247.co.uk/blog/elevating-machining-precision-the-impact-of-variable-helix-end-mills​​

خرید از ردهاک:

برای مشاهده محصولات گروه ردهاک (RedHawk Tools) به بخش محصولات، مراجعه فرمایید.

اگر ابزار تراشکاری مورد نظر خود را در بازار پیدا نمی کنید، بخش سفارشی سازی ما در خدمت شماست.