کاهش ارتعاشات ابزار در تراشکاری به‌‌کمک ابزارگیر با قابلیت تغییر زاویه ابزار حین فرآیند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران

2 پژوهشکده علوم و فناوری شمال، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، فریدونکنار، ایران

چکیده

زوایای ابزار تاثیر زیادی بر مکانیک برش و پارامترهای اصلی ماشینکاری مانند کیفیت سطح قطعه‌‌، عمر ابزار، انرژی مخصوص برش و پایداری دینامیکی فرآیند دارد، یکی از موضوعات پژوهشی دراین زمینه، توسعه مکانیزم‌‌هایی است که به کمک آنها بتوان کنترل بیشتری روی فرآیند ماشینکاری از جمله زوایای ابزار، بصورت همزمان با اجرای فرآیند ایجاد کرد. در پژوهش پیش‌‌رو مکانیزم ابزارگیر دو درجه آزادی جدید برای دستگاه تراش ارائه شده که قابلیت تنظیم زاویه آزاد و براده حقیقی ابزار را حین فرآیند تراشکاری فراهم می‌کند. هدف از طراحی این مکانیزم استفاده از آن برای توسعه یک روش جدید کنترل فعال برای کاهش ارتعاشات چتر و افزایش پایداری دینامیکی در فرآیند تراشکاری است. در این روش کنترلر از طریق حسگر ارتعاش، بروز چتر را تشخیص می‌‌دهد و با استفاده از مکانیزم، زاویه آزاد ابزار را کاهش می‌دهد، این‌‌امر باعث افزایش میرایی فرآیندی شده و با افزایش میرایی کل، موجب مهار ارتعاشات چتر می‌‌شود. برای طراحی کنترل فعال چتر، ابتدا شبیه‌سازی در محیط MATLAB-Simulink انجام شد و سپس با توجه به نتایج شبیه‌سازی، یک کنترلر on/off طراحی و پیاده‌سازی شد. در ادامه برای ارزیابی عملکرد سیستم کنترل چتر، آزمون‌‌های تجربی انجام شد. نتایج حاصل از تست‌‌ها نشان داد که روش پیشنهادی عملکرد مناسبی در کاهش ارتعاشات چتر در فرآیند تراشکاری می‌‌تواند داشته باشد و منجر به افزایش قابل ملاحظه‌ای در دامنه پایداری فرآیند می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Chatter Suppression in turning by applying a tooling mechanism with the ability to change the tool angles

نویسندگان [English]

  • Hossein Behrouz 1
  • Hamid Baseri 1
  • Hossein Nourmohamdi 2
1 Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran.
2 Malek Ashtar University of Technology
چکیده [English]

Tool angles have a great impact on cutting mechanics and the machining parameters such as surface quality, tool life, specific cutting energy, and dynamic stability of the cutting process. One of the research topics in this field is the development of mechanisms that can be used to create more control on the machining process, such as the tool angles, simultaneously in the process. In this research, a tooling mechanism has been presented for the turning machine, which provides the ability to adjust the normal rake and clearance angles, during the turning process. This mechanism is used to develop a new active control system for chatter suppression for increasing the dynamic stability of the turning process. In this technique, the controller detects the chatter through the acceleration sensor and then reduces the clearance angle of the tool by using the mechanism, this increases the process damping and by increasing the overall damping, it suppresses the vibrations. To design the active controller, the simulation was done in the MATLAB-Simulink and then according to the simulation results, an on/off controller was designed and implemented. Then, experimental tests were performed to evaluate the performance of the chatter suppression control system. The test results showed that the proposed method can have a good effect in reducing chatter vibrations in the turning process and leads to a significant increase in the stability of the tuning process.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tooling mechanism
  • normal rake angle
  • Clearance angle
  • active Chatter suppression
  • Process damping

مراجع

[1] L.T. Tunc, Y. Budak, Effect of cutting conditions and tool geometry on process damping in machining, International Journal of Machine Tools & Manufacture 57 (2012) 10–19.
[2] Geoffrey Boothroyd, Fundamentals of Metal Machining and Machine Tools , CRC Press )1988).
[3] S. Kaldor, A. Ber, A criterion to optimize cutting tool geometry, Annals of the CIRP 39 (1) (1990) 53–56.
[4] X.D. Fang, S.M.R. Najmossadat, Mechanical design of a new tooling mechanism with on-line controllability of inclination angle, International Journal of Machine Tools and Manufacture 36 (1) (1996) 103–113.
[5] X.D. Fang, N.J. Lee, International Journal of Machine Tools & Manufacture 41 (2001) 89–101.
[6] Z. Mei, S. Yang, H. Shi, S. Chang, K.F. Ehman, Active chatter suppression by on-line variation of rake and clearance angle in turning principle and experimental investigation, International Journal of Machine Tools & Manufacture 4 (1994) 981–990.
[7] M. Siddhpura, R. Paurobally, A review of chatter vibration research in turning, International Journal of Machine Tools & Manufacture 61 (2012) 27–47.
[8] J. Munoa, X. Beudaert, Z. Dombovari, Y. Altintas, E. Budak, C. Brecher, G. Stepan, Chatter suppression techniques in metal cutting, CIRP Annals - Manufacturing Technology,  65 (2016):785–808.
[9] L.T. Tunc, E. Budak, Effect of cutting conditions and tool geometry on process damping in machining,  International Journal of Machine Tools & Manufacture, 57 (2012) 10–19.
[10] Y. Altintas, M. Eynian, H. Onozuka, Identification of dynamic cutting force coefficients and chatter stability with process damping, Annals of the CIRP 57/1 (2008) 371–374.
[11] K. Ahmadi, F. Ismail, Analytical stability lobes including nonlinear process damping effect on machining chatter, International Journal of Machine Tools & Manufacture 51 (2011) 296–308.
[12] X. Jin, Y. Altintas, Chatter Stability Model of Micro-Milling With Process Damping, ASME J. Manuf. Sci. Eng., 135(3), p. 031011(2013).
[13] M. Pour, A. Aliabadi, S. Rahman nia, Identifying process damping of turning process using time series analysis, journal of structural and fluid dynamic, Vol. 5, No. 4, 2016 (in Persian).
[14] M.C. Yesilli, F.A. Khasawneh, A. Otto, Chatter detection in turning using machine learning and similarity measures of time series via dynamic time warping, journal of manufacturing processes, 77(2022).
[15] M. Khalili Geshnigani, M. Rafeeyan and M. M. Abootorabi, The new approach to practical predicting and controlling the chatter phenomenon in the internal turning process, Iranian Journal of Manufacturing Engineering, Vol. 5, No. 4, pp. 56-73, 2019 (in Persian).
[16] K. Ahmadi, Y. Altintas, Identification of Machining Process Damping Using Output-Only Modal Analysis. ASME Journal of Manufacturing Science & Engineering 136(5) (2014). 051017-051017-13.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 55، شماره 4
تیر 1402
صفحه 461-474

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار