Cegah Obrolan Pemesinan dengan Pengujian Ketukan:Buat Peta Stabilitas yang Akurat

Dalam pengujian tap, instrumen palu digunakan untuk merangsang struktur dan mengukur respons getaran dengan transduser, seperti akselerometer. Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengidentifikasi fungsi respon frekuensi (FRF) untuk struktur mekanik yang dipilih. Dengan adanya FRF, kita dapat menghitung peta stabilitas, yang memisahkan kombinasi kecepatan spindel dan kedalaman aksial yang menghasilkan obrolan (yaitu, di atas batas biru) dan yang tidak (di bawah batas). Hal ini memungkinkan pemilihan parameter pemesinan yang stabil tanpa coba-coba; lihat Gambar 1.

Gambar 1:Peta stabilitas penggilingan. Sumber (semua gambar):Tony Schmitz

Perangkat keras dasar yang diperlukan untuk mengukur FRF adalah:

Konten Unggulan

• mekanisme untuk input gaya yang diketahui pada rentang frekuensi (atau bandwidth) yang diinginkan
• transduser untuk pengukuran getaran, sekali lagi dengan bandwidth yang diperlukan
• penganalisis sinyal dinamis untuk mencatat masukan gaya dan getaran domain waktu dan mengubahnya menjadi FRF yang diinginkan.

Penganalisis sinyal dinamis mencakup saluran masukan untuk sinyal gaya domain waktu dan getaran serta menghitung transformasi Fourier dari sinyal-sinyal ini untuk mengubahnya menjadi domain frekuensi. Kemudian menghitung rasio sinyal getaran domain frekuensi terhadap sinyal gaya domain frekuensi; rasio ini adalah FRF. Skema pengaturannya disajikan pada Gambar 2. Ini mencakup gaya domain waktu dan getaran, yang dapat berbentuk perpindahan, x , kecepatan, ẋ , atau akselerasi, ẍ , input dan amplifier untuk masing-masing. Amplifier digunakan untuk meningkatkan amplitudo sinyal. Gaya dan getaran adalah sinyal analog yang kontinu dalam waktu. Namun, merekam sinyal-sinyal ini dengan alat analisa memerlukan pengambilan sampel pada interval waktu yang kecil, atau mendigitalkannya. Proses ini diselesaikan dengan menggunakan konverter analog-ke-digital (ADC). Sinyal digital ini kemudian digunakan dalam perhitungan FRF oleh penganalisis sinyal dinamis. Berdasarkan jenis masukan getaran, FRF dapat dinyatakan sebagai:

• penerimaan atau kepatuhan – rasio perpindahan terhadap gaya
• mobilitas – rasio kecepatan terhadap gaya
• percepatan atau inertansi – rasio percepatan terhadap gaya.

Gambar 2:Skema pengaturan pengukuran FRF.

Ada tiga jenis eksitasi gaya yang umum. Ini termasuk:

• gelombang sinus frekuensi tetap – FRF ditentukan satu frekuensi pada satu waktu. Pada setiap frekuensi dalam bandwidth yang diinginkan, gaya sinusoidal diterapkan, respons terhadap masukan gaya dirata-ratakan selama interval waktu singkat dan FRF dihitung. Ini disebut sebagai tes sapuan sinus.
• sinyal acak – Isi frekuensi sinyal acak mungkin broadband (white noise) atau terpotong pada rentang terbatas (pink noise). Rata-rata selama jangka waktu tertentu diterapkan lagi, namun semua frekuensi dalam bandwidth yang dipilih akan diaktifkan dalam satu pengujian.
• impuls – Dampak berdurasi singkat digunakan untuk menggairahkan struktur dan respons yang sesuai diukur. Pendekatan ini memungkinkan rentang frekuensi yang luas untuk diaktifkan dalam satu pengujian singkat. Beberapa pengujian biasanya dirata-ratakan dalam domain frekuensi untuk meningkatkan koherensi, atau korelasi antara sinyal gaya dan getaran.

Untuk menghasilkan gaya yang berbeda ini, dua jenis perangkat keras masukan gaya yang umum diterapkan:

• pengocok – Sistem ini mencakup angker dan alas yang digerakkan secara harmonis. Angker dapat digerakkan sepanjang porosnya dengan kumparan magnet atau gaya hidrolik. Konfigurasi kumparan magnet, atau elektrodinamik, dapat memberikan frekuensi eksitasi puluhan kHz dengan tingkat gaya dari puluhan hingga ribuan Newton (peningkatan gaya biasanya berarti rentang frekuensi yang lebih rendah). Pengocok hidrolik menawarkan gaya tinggi dengan potensi preload statis (yaitu gaya rata-rata atau rata-rata tidak nol), tetapi rentang frekuensi yang relatif lebih rendah. Dalam kedua kasus tersebut, gaya sering diterapkan pada struktur yang diinginkan melalui alat penyengat, atau batang ramping yang menopang tegangan aksial dan kompresi, namun tidak lentur atau geser. Hal ini memastikan bahwa gaya diterapkan dalam satu arah saja. Sel beban dimasukkan dalam pengaturan untuk mengukur gaya masukan; lihat Gambar 3.
• palu tumbukan – Palu tumbukan dilengkapi transduser gaya yang terletak di ujung logam, plastik, atau karet untuk mengukur masukan gaya selama pukulan palu. Ketika palu digunakan bersama dengan transduser getaran, prosedur pengukurannya disebut pengujian tap. Masukan energi ke struktur merupakan fungsi dari massa palu; massa yang lebih besar memberikan lebih banyak energi. Oleh karena itu, tersedia banyak ukuran. Selain itu, bandwidth eksitasi dari masukan gaya bergantung pada massa dan kekakuan ujung. Tip yang lebih kaku cenderung menggairahkan rentang frekuensi yang lebih luas, namun juga menyebarkan energi input pada rentang yang lebih luas. Tip yang lebih lembut memusatkan energi pada rentang frekuensi yang lebih rendah. Ujung plastik keras dan logam memberikan kekakuan yang lebih tinggi, sedangkan ujung karet mengurangi kekakuan.

Gambar 3:Pengaturan pengocok.

Transduser getaran tersedia dalam tipe nonkontak dan kontak. Meskipun transduser nonkontak, seperti probe kapasitansi dan vibrometer laser, lebih disukai karena tidak mempengaruhi dinamika struktur, jenis kontak, seperti akselerometer, seringkali lebih mudah diterapkan. Sebagai kompromi, akselerometer bermassa rendah dapat digunakan untuk meminimalkan pengaruh pada struktur pengujian. Mereka dipasang di lokasi yang diinginkan menggunakan lilin, perekat, magnet, atau tiang berulir dan kemudian dilepas setelah pengujian selesai.

Gambar 4:Elemen kunci dari uji ketuk.

Gambar 4 mengidentifikasi elemen-elemen kunci dari uji tap. Foto kiri bawah menunjukkan palu digunakan untuk mengetuk ujung alat dan akselerometer (ditempelkan dengan lilin pada ujung alat) digunakan untuk mengukur respons getaran. Baris atas menampilkan respons waktu terhadap gaya dan getaran. Kita melihat bahwa keran menghasilkan input gaya berdurasi singkat. Akibat gaya ini, alat bergetar dengan amplitudo yang semakin berkurang (akibat redaman). Baris tengah menunjukkan konversi sinyal-sinyal ini ke domain frekuensi. Keran ini menggairahkan rentang frekuensi yang luas. Baris bawah menampilkan FRF. Dari plot ini, kita dapat mengidentifikasi frekuensi natural, kekakuan dan rasio redaman untuk setiap mode getaran.