Integrácia monitorovania stavu vibrácií pri obrábaní kovov technológiou vŕtania

Pri technológií vŕtania sa neustále mení prierez triesky, následkom toho sa mení aj hlavná rezná sila. Amplitúda vynútených kmitov je závislá od konštrukcie, hádzania vrtáka a od rezných podmienok. Zväčšením prierezu triesky neustále rastie aj amplitúda kmitov. Kmity pri vŕtaní majú frekvenciu priamo úmernú počtu otáčok vrtáka a skladajú sa z dvoch druhov kmitov. Z kmitov, ktorých frekvencia je rovná počtu otáčok vrtáka n (s -1). Zdrojom týchto kmitov je hádzanie vrtáka. Druhú skupinu tvoria kmity, ktorých frekvencia je rovná súčinu počtu otáčok vrtáka n a počtu zubov z [3, 4].

MERANIE VIBRÁCIÍ
Cieľom merania bolo sledovanie základných parametrov vibrácií (zrýchlenie a rýchlosť) na hlave vretena vŕtačky typu Kombi sústruh SK-400 pri zmene otáčok vretena (1 000 ot/min, 1 500 ot/min, 2 000 ot/min a 2 500 ot/min) a pri obrábaní troch druhov materiálov (oceľ STN 10 370, hliník STN 42 4005, meď EN 1652). Všetky merania sa opakovali 3x a následne sa z nameraných hodnôt vypočítal vážený aritmetický priemer (VAP), ktorý bol vynesený do grafických závislostí. Na meranie základných parametrov vibrácií sa použilo zariadenie CMMS CHECKER s multiparametrickým snímačom uchyteným pomocou magnetu na hlave stojanovej vŕtačky (obr. 1) [5].

EXPERIMENTÁLNE VÝSLEDKY
V prvom kroku merania boli vyhodnotené vážené aritmetické priemery. Namerané a vypočítané hodnoty váženého aritmetického priemeru z nameraných hodnôt rýchlosti a zrýchlenia vibrácií pri obrábaní materiálu oceľ STN 10 370 sú znázornené v tab. 1, obdobne v tab. 2 sú uvedené namerané hodnoty vibrácií pre materiál hliník STN 42 4005 a v tab. 3 sú uvedené hodnoty pre meď EN 1652 [5].

Na obr. 2, 3 a 4 sú uvedené grafické závislosti rýchlosti a zrýchlenia vibrácií na otáčkach vretena hlavy vŕtačky samostatne pre skúmané druhy materiálov.

Pri obrábaní ocele krivka zrýchlenia má lineárny priebeh. Zmenou otáčok rastú hodnoty zrýchlenia vibrácií v rozmedzí 1,47 g pri 1 000 ot/min až 5,47 g nastavením maximálnych otáčok hlavy vretena. Rýchlosť vibrácií 0,93 mm/s bola dosiahnutá pri 1 000 ot/min. Zvýšením otáčok stúpajú aj hodnoty veličín, pričom pri 2 000 ot/min rýchlosť stúpla na hodnotu 3,03 mm/s. Po dosiahnutí maximálnych otáčok hlavy vretena hodnota rýchlosti mierne stúpla na 3,13 mm/s.

Krivka zrýchlenia vibrácií v závislosti na zmene otáčok rastie. Pri 1 000 ot/ min zrýchlenie vibrácií nadobúda hodnotu 1,13 g, táto hodnota je zároveň najnižšia. Najvyššiu hodnotu zrýchlenia vibrácií 4,8 g možno pozorovať pri 2 500 ot/min. Rýchlosť vibrácií s najnižšou hodnotou 1 mm/s možno vidieť pri 1 000 ot/min. Krivka nadobúda maximálnu hodnotu
rýchlosti vibrácií pri 2 000 ot/min a to 2,83 mm/s. Zvýšením otáčok na maximum klesá hodnota rýchlosti vibrácií na 2,33 mm/s.

Zo závislosti možno vyčítať, že zrýchlenie a rýchlosť vibrácií zvyšovaním otáčok rastie. Zrýchlenie pri 1 000 ot/min o hodnote 1,4 g je najnižšie. V rozmedzí 1 500 ot/min a 2 000 ot/min zrýchlenie vibrácií nadobudlo hodnotu 3,33 g až 4,47 g. Zvýšením otáčok na 2 500 ot/min hodnota zrýchlenia vzrástla na 5,40 g. Rýchlosť vibrácií má najnižšiu hodnotu
1,1 mm/s pri najnižších otáčkach. Hodnota 3,47 mm/s sa docielila zvýšením otáčok na maximum.

ZHODNOTENIE MERANIA
S rastúcimi otáčkami sa zvyšovali aj hodnoty zrýchlenia a rýchlosti vibrácií. Pri otáčkach 1 000 ot/min je najefektívnejšie obrábať materiál hliník STN 42 4005. Oceľ STN 10 370 je vhodné obrábať pri otáčkach 1 500 ot/ min. Materiál meď EN 1652 má nepriaznivý vplyv na obrábanie. Ak je to možné, treba sa vyhnúť obrábaniu tohto materiálu z dôvodu nepriaznivého
vplyvu na daný proces. Ak je nutné obrábať meď EN 1652, tak potom pri 1 000 ot/min, vtedy dosahuje najnižšie hodnoty zrýchlenia a rýchlosti vibrácií.

ZÁVER
Základnými parametrami vibrácií boli hodnotené veľkosti vibrácií pri obrábaní troch druhov materiálov pri konštantných vstupných parametroch na stojanovej vŕtačke. Toto vyhodnotenie merania vynútených vibrácií umožňuje získať základnú predstavu o rozložení zrýchlenia
a rýchlosti vibrácií na hlave stojanovej vŕtačky. Ďalší výskum bude zameraný na skúmanie rýchlosti a zrýchlenia vibrácií pri rôznych vstupných parametroch, poprípade aj pri rôznych obrábacích nástrojoch.

Príspevok bol podporený projektmi Výskum a vývoj inteligentných nekonvenčných pohonov založených na umelých svaloch 26220220103, VEGA 1/0409/13 a KEGA 027 TUKE – 4/2014.

LITERATÚRA:
[1] Buda, J., Souček, J., Vasilko, K.: Teória obrábania. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1988. s. 356, ISBN 80-7789-14-6
[2] Vasilko, Karol: Teória a prax trieskového obrábania: FVT 2009, 532 s. ISBN 978-80-553-0152-5
[3] Peťková, Viera: Teória a aplikácia vybraných metód technickej diagnostiky. TUKE 2010, 234 s. ISBN 978– 80– 553-0483– 0
[4] Neslušan, Miroslav a kol.: Experimentálne metódy v trieskovom obrábaní. Žilina: Žilinská univerzita, 2007. 349 s. ISBN 8080707118
[5] Kamenický, J.: Kmitanie pri obrábaní kovov. Bakalárska práca. Prešov, vedúci Štefánia Salokyová, 2015. 59 s.
[6] Šoltésová, S., Baron, P., Simkulet, V., Marcinková, M.: Konkrétne metódy technickej diagnostiky určené na sledovanie a monitorovanie stavu výrobných strojov a zariadení. 2013. In: Posterus. Roč. 6, č. 9 (2013), s. 1 – 6. – ISSN 1338-0087
[7] Panda, A., Prislupčák, M.: Technologické faktory pôsobiace na obrábanie. In: Trendy a inovatívne prístupy v podnikových procesoch: 16. medzinárodná vedecká konferencia: 7. – 8. november 2013, Košice, 2013 s. 1 – 7. ISBN 978-80-553-1548-5
[8] Fabian, S., Krenický, T.: Využitie vybraných vibrodiagnostických metód v monitoringu prevádzkových charakteristík strojových zariadení. 2010. In: Spravodaj ATD SR. č. 1, 2 (2010), s. 32 – 34. – ISSN 1337-8252

TEXT/FOTO ING. ŠTEFÁNIA SALOKYOVÁ, PHD.