진동은 정확성 상실의 가장 지속적인 원인 중 하나입니다.정밀 장비. 이는 머시닝 센터의 채터링, 광학 검사 시스템의 흐릿한 이미지 데이터, 좌표 측정기의 불안정한 프로브 판독값 또는 빠른 축 이동 후 정착 시간으로 나타날 수 있습니다. 그 결과는 익숙합니다. 표면 조도 저하, 처리량 감소, 공구 마모 증가, 측정 불일치, 시스템 안정화를 기다리는 데 소요되는 시간 연장 등이 있습니다.
기계 제작자들은 전통적으로 안정적이고 견고한 구조가 필요할 때 주철을 선택해 왔습니다. 이는 머신 베드, 기둥, 테이블 및 고정 장치 본체에 대한 실용적이고 잘 이해되는 재료로 남아 있습니다.{1}} 그러나 장비가 더 빠른 속도, 더 작은 공차, 더 민감한 감지 시스템으로 발전함에 따라 또 다른 재료인 미네랄 캐스팅(폴리머 콘크리트, 에폭시 화강암 또는 미네랄 복합재라고도 함)이 주목을 받았습니다.
선택은 단순히 "새것 대 오래된 것"이 아닙니다. 광물 주조와 주철은 진동에 따라 다르게 반응하며 각각 다른 설계 접근 방식이 필요합니다. 엔지니어링 구매자, 품질 관리자 및 실험실 기술자에게 유용한 질문은 어떤 구조가 기계에 중요한 주파수 범위 및 작동 조건의 진동을 제어할 것인가입니다.
기계 설계에서 댐핑의 의미
기계 구조에는 강성과 감쇠라는 두 가지가 필요합니다.
강성은 정적 또는 천천히 변화하는 하중 하에서 구조가 휘어지는 정도를 결정합니다. 감쇠는 교란 후 진동 에너지가 얼마나 빨리 감소하는지를 결정합니다. 강성이 높은- 구조는 굽힘에 잘 저항할 수 있지만 여기 후에도 여전히 진동이나 링을 전달할 수 있습니다. 높은-댐핑 구조는 해당 에너지를 더 빠르게 소산하여 진동의 진폭과 지속 시간을 줄입니다.
이 차이는 빠른 기계 축 반전, 공구 맞물림, 간헐적인 절단 또는 외부 바닥 교란 후에 눈에 띄게 나타납니다. 감쇠가 제한된 구조물은 사건 후에도 계속 진동합니다. 더 나은-감쇠 구조는 더 빨리 안정됩니다.
측정값은 자유진동 감쇠 중 감쇠비 또는 대수 감소로 표현되는 경우가 많습니다.- 재료 구성, 부품 형상, 경계 조건, 하중 및 테스트 방법이 모두 결과를 변경할 수 있으므로 이러한 숫자를 주의 깊게 해석해야 합니다. 그럼에도 불구하고, 비교 연구에서는 에폭시-광물 구조가 비슷한 주철 구조보다 훨씬 더 높은 감쇠를 나타낼 수 있다는 사실이 일관되게 발견되었습니다.
공개된{0}}공작기계 묘비에 대한 한 충격-시험 연구에서는 첫 번째 진동 모드에서 주철 예시의 감쇠율이 0.33%인 것과 비교하여 에폭시-광물 구조의 감쇠율이 1.48%로 측정되었습니다.- 동일한 연구에서는 주파수 응답과 강성을 단일 재료 특성으로 취급하기보다는 감쇠와 함께 평가해야 한다고 지적했습니다.
미네랄 캐스팅이 진동을 흡수하는 이유
미네랄 캐스팅은 복합재입니다. 일반적으로 화강암, 석영, 현무암 또는 실리카와 같은 신중하게 등급이 매겨진 광물 집합체-로 구성되며-고분자 수지 시스템으로 결합되어 있습니다. 골재는 부피, 압축 강도 및 치수 질량을 제공합니다. 폴리머 매트릭스는 내부 감쇠를 제공합니다.
진동파가 광물 주조기 베이스를 통과할 때 수지- 집합 구조 내의 미세한 변형과 마찰이 진동 에너지의 일부를 열로 소산합니다. 금속 구조물은 동일한 점탄성 메커니즘을 제공하지 않습니다. 주철은 용접강에 비해 상당한 내부 감쇠 기능을 갖고 있지만 고분자{3}}광물 복합 재료보다 진동을 더 쉽게 전달하는 결정질 금속 구조로 남아 있습니다.
이러한 이유로 미네랄 캐스팅은 다음과 같이 진동-에 민감한 장비에 선택되는 경우가 많습니다.
고속-CNC 머시닝 센터 및 연삭기
정밀 레이저 가공 시스템
광학검사 및 AOI 장비
반도체 지지 구조 및 웨이퍼{0}}처리 장비
좌표 측정 기계 및 치수{0}}검사 플랫폼
의료 영상, 산업용 CT 및 X-레이 장비
정밀 자동화 시스템, XY 스테이지 및 선형{0}}모터 플랫폼
공급업체 및 업계 참고 자료에서는 일반적으로 광물 주조 감쇠 성능이 주철보다 몇 배 더 높다고 보고합니다. 일부 공개된 값은 로그 감소율에서 8-~10{2}}배의 차이를 나타내지만, 실제 성능은 일반적인 재료 주장에서 추론하기보다는 최종 구조에서 검증되어야 합니다.
주철에는 여전히 역할이 있습니다
주철은 쓸모가 없으며 정밀 기계에 적합하지 않다고 설명되어서는 안됩니다.
높은 강성, 친숙한 설계 규칙, 확립된 주조 공정, 우수한 기계 가공성 및 집중된 기계적 하중 하에서 견고한 동작을 제공하기 때문에 여전히 매력적입니다. 탄성 계수가 높다는 것은 주철 베드가 광물 주철 베드보다 더 얇은 단면으로 필요한 정적 강성을 달성할 수 있다는 것을 의미합니다.{2}}
기계{0}}봉투 크기, 구조적 무게, 부하 집중 또는 장착 제약으로 인해 섹션의 크기가 제한될 때 이는 중요합니다.
광물 주조는 일반적으로 주철보다 탄성 계수가 낮습니다. 동등한 정적 강성에 도달하려면 엔지니어는 더 큰 단면,{1}}리브, 강철 보강재 또는 하이브리드 구조가 필요할 수 있습니다. 주철 및 광물-수지 기계-공구 베드에 대한 한 연구 검토에서는 기계적 강도 요구 사항이 지배적인 특정 완전한 기계 베드 구조에 광물 주조만으로는 충분하지 않을 수 있다고 경고했습니다.
이는 모든 응용 프로그램의 약점은 아닙니다. 설계조건입니다. 잘 설계된-미네랄 캐스팅 베이스는 기존 철 주조의 형태를 직접 대체하는--형태가 아닙니다. 자체 재료 동작을 중심으로 설계되어야 합니다.
공명 질문
감쇠가 높다고 해서 모든 고유 주파수가 자동으로 향상되는 것은 아닙니다.
광물 주조 구조는 강성과 기하학적 구조의 차이로 인해 동등한 주철 구조보다 더 낮은 고유 진동수를 가질 수 있습니다.{0}} 동시에 감쇠가 높을수록 공진 응답의 진폭이 감소하고 정착 시간이 단축될 수 있습니다. 즉, 이 소재는 구조적 주파수 맵이 다른 경우에도 기계가 진동에 덜 취약하도록 만들 수 있습니다.
CNC 연삭기 구조에 관한 2018년 연구-가 이 점을 잘 보여줍니다. 미네랄-수지 구조는 특정 저주파-주파수 영역에서 덜 호의적인 거동을 보일 수 있지만 평가된 주파수 범위에서 공명을 생성할 가능성이 적다는 것을 발견했습니다. 결론은 유용합니다. 동적 성능은 하나의 헤드라인 숫자로 축소되는 것이 아니라 작동 스펙트럼 전반에 걸쳐 측정되어야 합니다.
스핀들 기계의 경우 엔지니어는 절삭력 주파수,-스핀들 고조파, 축 가속 프로필, 고정 장치 모드 및 바닥 진동을 조사해야 합니다. 계측 또는 광학 시스템의 경우 초점은 센서 대역폭, 스캔 속도, 환경 교란 및 동작 후 정착 시간 쪽으로 이동할 수 있습니다.
정밀함은 붓는 것이 아니라 완성된 것입니다
광물 주조 기계 기반은 거의-순-형태의 제조를 통해 많은 가치를 얻습니다. 인서트, 냉각 경로, 케이블 채널, 장착 지점 및 내장 인터페이스를 주조 중에 통합할 수 있습니다. 그러나 주조 표면은 자동으로 정밀 데이텀이 아닙니다.
중요한 가이드웨이 시트, 베어링 인터페이스, 광학 장착 표면 및 측정 기준에는 주조 후 가공, 연삭, 래핑 또는 정밀 화강암 요소와의 통합이 필요한 경우가 많습니다. 이때 공급업체의 측정 능력이 주조 능력만큼 중요해집니다.
UNPARALLELED®는 정밀 화강암, 세라믹, UHPC, 금속 및 탄소{0}}섬유 정밀 부품과 함께 광물 주조 구조를 지원합니다. 이를 통해 구성 요소의 실제 기능을 중심으로 재료를 선택할 수 있습니다. 미네랄 캐스팅 베이스는 정밀 화강암 가이드웨이, 접합된 나사형 인서트, 가공된 금속 인터페이스 또는 제어된 장착 기준점과 짝을 이룰 수 있습니다.
대형 화강암 연삭, 핸드 랩핑, 진동-제어 검사 환경, 전자-레벨 측정 및 레이저 간섭계에 대한 회사의 경험은 이러한 어셈블리를 평가하기 위한 실질적인 기반을 제공합니다. 모든 경우에 미네랄 캐스팅을 처방하는 것이 목표는 아닙니다. 이는 동적 거동, 완성된 형상 및 검사 방법이 장비의 요구 사항에 맞는 구조를 제공하는 것입니다.
올바른 구조 선택
진동-에 민감한 장비의 경우 미네랄 캐스팅은 기존 주철에 비해 강력한 감쇠 이점을 제공합니다. 이러한 장점은 정착 동작을 개선하고, 진동 전달을 줄이며, 고속 모션이나 공정 부하 변화 시 더욱 안정적인 기계 성능을-지원할 수 있습니다.
주철은 콤팩트한 강성, 높은 집중된{0}}하중 용량 또는 확립된 금속-기계 설계 요구 사항이 지배적인 경우 여전히 더 강력한 선택입니다.
최선의 선택은 모달 분석, 실제 하중 사례, 열 조건, 필요한 기하학적 공차 및 명확한 승인 테스트 등 엔지니어링 증거에서 시작됩니다. 진동 제어가 중요한 경우 기계 베이스를 수동 지지대로 취급해서는 안 됩니다. 정밀 시스템의 일부입니다.