Validation of the dynamic characteristics of the machining process by comparing the theoretical and experimental stability limit
Weryfikacja dynamicznej charakterystyki procesu skrawania przez porównanie teoretycznej i doświadczalnej granicy stabilności

Dominika Śniegulska-Grądzka, Mirosław Nejman, Krzysztof Jemielniak
2015 Mechanik  
Jedną z metod unikania drgań samowzbudnych podczas skrawania polega na wyznaczeniu i uwzględnieniu granicy stabilności. W pracy przedstawiono wstępną weryfikację zaproponowanego modelu dynamicznej charakterystyki procesu skrawania poprzez porównanie granicy stabilności wyznaczonej teoretycznie z uzyskaną doświadczalnie. SŁOWA KLUCZOWE: granica samowzbudne, drgania stabilności Avoiding of self-excited vibrations during cutting involves the determination of the stability limit. The paper presents
more » ... preliminary verification of the proposed model of the dynamic characteristics of the machining process by comparing the stability limit theoretically determined and experimentally obtained. KEYWORDS: self-vibrations excited , stability chatter, limit Występowanie drgań samowzbudnych podczas procesu skrawania jest zjawiskiem wysoce niepożądanym. Jak wiadomo obrabiarka będąc układem o wielu stopniach swobody może zostać pobudzona do drgań oddziaływaniem obciążeń dynamicznych [1, 8] . Jeśli warunki będą sprzyjające drganiom, te mogą się rozwinąć powodując utratę stabilności, a tym samym spowodować wystąpienie drgań samowzbudnych, co oznacza między innymi złą jakość powierzchni obrabianej, przyspieszone zużycie narzędzi jak również obrabiarki [1, 5, 8] . W przypadkach skrajnych, drgania samowzbudne mogą doprowadzić do uszkodzenia powierzchni obrabianej przedmiotu, narzędzia skrawającego, powodując dodatkowe koszty wykonania wyrobu oraz wydłużenie czasu produkcji. Zatem wyznacznikiem prawidłowo przebiegającego procesu technologicznego obróbki skrawaniem jest eliminowanie tych czynników, które mają wpływ na powstawanie drgań samowzbudnych i prawidłowe określenie granicy stabilności. Projektowanie procesu skrawania wymaga dużego doświadczenia i wiedzy jak uzyskać najdłuższy okres trwałości ostrza przy jak najwyższej wydajności i jak najkrótszych czasach produkcji. Określenie granicy stabilności wymaga opracowania pełnego modelu dynamicznego układu obrabiarkauchwytprzedmiot obrabiany -narzędzie (OUPN) [6], a następnie jak w metodzie klasycznej rozwiązania równań różniczkowych bądź przeprowadzenie numerycznej symulacji drgań. Granicę stabilności można wyznaczyć teoretycznie na podstawie modeli matematycznych sił skrawania. Więk-szość ze znanych modeli zawiera głównie parametr zależny od sztywności procesu skrawania, a znacznie mniej zależy od czynników tłumiących. W pracy przedstawiono wstępną weryfikację zaproponowanego modelu dynamicznej charakterystyki procesu skrawania poprzez porównanie granicy stabilności wyznaczonej teoretycznie z uzyskaną doświadczalnie. Już w latach 60-tych zaczęto prowadzić głębsze analizy na temat drgań samowzbudnych typu chatter. Tobias [14] i Tlusty [11] wyjaśnili mechanizm regeneracji śladu dając podwaliny dla teorii stabilności. Współcześnie zagadnienia te są pogłębiane i dynamicznie rozwijane [3, 4, 15] . procesu charakterystyki dynamicznej Modelowanie skrawania Jak już zostało wspomniane, określenie granicy stabilności zależy od znajomości dynamicznej charakterystyki procesu skrawania (DCPS) oraz układu masowo-sprężystotłumiącego obrabiarki. Dynamiczna charakterystyka procesu skrawania to zależność siły skrawania od chwilowych zmian grubości warstwy skrawanej oraz prędkości wnikania narzędzia w powierzchnię skrawania. Zmiany grubości spowodowane są przemieszczeniami narzędzia względem przedmiotu obrabianego w kierunku prostopadłym do powierzchni skrawania oraz fal na powierzchni skrawania rT utworzonych w poprzednim przejściu, jako ja rt. Zmienne w wyniku drgań siły skrawania, działające w kierunku prostopadłym do powierzchni skrawania i równoległym do niej można zatem opisać jako: = (ℎ) + ( ′ ), = (ℎ) + ( ′ ) (1) ℎ = ℎ 0 + ℎ = ℎ 0 − + gdzie: Frk, Ftk -składowe siły skrawania zależne od nominalnej grubości warstwy skrawanej oraz przemieszczeń względnych między narzędziem, a przedmiotem obrabia-
doi:10.17814/mechanik.2015.12.601 fatcat:7la2aquwd5d7xjzkxe7zu3yc7q