Bonnes vibrations :comment optimiser les configurations de votre machine pour minimiser les vibrations

Les bavardages ralentissent-ils la productivité de votre atelier ? Nous discutons avec des experts d'une nouvelle approche pour minimiser les vibrations dans la fabrication de pièces usinées, ce qui signifie que vous pouvez accélérer la mise sur le marché de plus de pièces à un rythme plus rapide et avec moins de déchets.

Les vibrations d'usinage excessives, également appelées broutages, sont l'ennemi de toutes les opérations de travail des métaux efficaces.

Les secousses indésirables, qui correspondent au mouvement relatif entre la pièce à usiner et l'outil de coupe, entraînent une usure excessive de vos outils et de vos machines, et augmentent les risques qu'un processus d'usinage produise un produit qui ne correspond pas aux spécifications correctes de la pièce, déclare Tony Schmitz, professeur de génie mécanique, aérospatial et biomédical à l'Université du Tennessee, Knoxville.
 

Au cours des deux dernières années, Schmitz et son collègue Dave Barton, un vétéran de l'industrie manufacturière, ont travaillé avec une équipe d'ingénieurs du laboratoire national d'Oak Ridge pour introduire un outil qui aide les ateliers à mieux optimiser les vibrations des machines.

"En fraisage, vous avez une fraise rotative qui enlève les copeaux", explique Schmitz, qui est également membre du corps professoral de l'ORNL. La force de coupe augmente et diminue à chaque engagement de dent, ajoute-t-il. "Pensez-y comme un battement de coeur - avec la dent entrant et sortant du contact. C'est cette force qui monte et descend qui provoque les vibrations."

Trouver un moyen de réduire intelligemment le broutage et de maintenir un « battement de cœur » d'usinage rythmique n'est pas seulement une question de contrôle de la vitesse, il s'agit également d'optimiser une machine en comprenant la vibration qui se produit à la pointe de l'outil par rapport au matériau à travailler, et la configuration spécifique sur chaque machine, explique Barton.

Le défi vient du fait que chaque configuration de machine-outil a son propre ensemble de fréquences de vibration uniques. Cela rend le test de chaque configuration porte-outil-broche-machine pour un produit critique, et c'est souvent un travail chronophage pour les ateliers. Cependant, ces informations sont nécessaires pour trouver les paramètres d'usinage optimaux sans essais et erreurs coûteux.

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Comment les magasins minimisent généralement les bavardages 

Pour la plupart des machinistes et des ateliers, la gestion du bavardage est un processus d'essais et d'erreurs - c'est plus ou moins une simple conjecture, dit Barton.

Il est assez courant pour les machinistes de s'appuyer sur les paramètres recommandés fournis par les fabricants d'outils pour réduire le broutage, ou sur des tableaux de vitesses et d'avances denses, explique Schmitz. Ensuite, les machinistes ajustent les paramètres au besoin, ajoute-t-il :"Le problème, c'est que ces vitesses et avances trouvées dans un livre ou en ligne ne tiennent pas compte de la dynamique de votre machine et de sa configuration."

En règle générale, les fabricants de machines et d'outils publient des paramètres à des vitesses élevées, moyennes et faibles pour le métrage de surface et l'alimentation, explique Jamie Goettler, directeur de l'innovation pour le travail des métaux chez MSC.

Sur la base de ces informations, la plupart des machinistes « iront droit au milieu », déclare Goettler. "S'il y a des problèmes ou des bavardages, ils reculent jusqu'à ce qu'ils trouvent un taux de fonctionnement stable."

En utilisant cette approche, les magasins effectuent généralement un test pour chaque nouveau matériau ou pièce de produit, ajoute-t-il. Un machiniste commencera par faire fonctionner l'outil à la vitesse, à l'avance et à la profondeur de coupe recommandées par le fabricant, puis devra ajuster intuitivement chacun de ces paramètres sur plusieurs passes de test.

Voici comment MSC MillMax fonctionne :

Avez-vous besoin d'une réponse à une question technique ? Demandez à l'équipe technique de MSC Metalworking dans notre forum d'usinage.

Il n'est pas rare qu'un atelier passe la majeure partie d'un quart de travail à essayer d'optimiser sa configuration avant de commencer la production de pièces, explique Goettler. Il est facile de comprendre pourquoi les entreprises prennent ce temps, dit-il :elles s'efforcent d'atteindre une productivité maximale, de contrôler les déchets et de prolonger la durée de vie des outils et des machines.

Certains ateliers peuvent conserver des journaux et des feuilles de calcul détaillés pour différentes combinaisons de configurations d'outillage pour des produits de travail spécifiques, pour constater que la prochaine fois qu'ils utiliseront cette combinaison, cela pourrait bavarder car leurs résultats d'origine n'étaient pas robustes ou reproductibles. D'autres magasins combattent les bavardages tous les jours en utilisant des commandes manuelles ou en essayant différents outils.

Une nouvelle technologie d'outillage pour réduire les bavardages 

Barton et Schmitz affirment que MSC MillMax, l'outil de sélection des paramètres de fraisage qu'ils ont développé, peut accélérer le processus d'optimisation.

La plus grande préoccupation est de savoir comment l'outil coupe à son extrémité, explique Schmitz. La mesure du "comportement vibratoire spécifique à la pointe de l'outil" fournit les données vitales dont les ateliers ont besoin pour perfectionner chaque combinaison de configuration, ajoute-t-il. « Vous pouvez considérer chaque combinaison porte-outil-broche-machine comme ayant une empreinte dynamique unique. MillMax vous permet de mesurer l'empreinte digitale et de tirer le meilleur parti de cette combinaison."

MillMax est un petit kit qui utilise un capteur pour collecter les données de fréquence de vibration, puis les présenter en temps quasi réel à un tableau de bord numérique. Fort de ces informations, un atelier peut créer une configuration qui permettra à ses machinistes de produire des pièces à la vitesse la plus rapide possible et de maximiser l'enlèvement de métal, explique Barton.

"Nous attachons un petit capteur à la pointe de l'outil, puis tapotons l'outil avec un marteau instrumenté pour obtenir les données de vibration", explique-t-il. Il existe "des milliards de combinaisons potentielles d'éléments de système de fraisage dans le système MillMax".

Une fois que vous avez la configuration d'un produit de travail spécifique sur une machine spécifique, il n'est pas nécessaire de retarauder, ajoute Schmitz. Vous ne retapez que si vous modifiez la longueur de l'outil ou la machine que vous prévoyez d'utiliser.

"Nous n'essayons pas de vendre un outil spécifique, mais de les aider à trouver le bon outil", déclare Barton. Essentiellement, "nous sommes le détecteur de vérité" qui peut montrer à un magasin des données réelles sur ce qui se passe avec la fréquence de vibration sur leurs configurations uniques ou pour comparer plusieurs configurations. "Et nous pouvons le faire en quelques minutes", ajoute-t-il.

Utilisez-vous la bonne fraise en bout pour le travail ? Lisez notre article "Quand mettre à niveau vos fraises en bout" pour le savoir.