Estimation of cutting force model coefficients with regularized inverse problem

• Autorzy: Pawełko P , Powałka B , Berczyński S

Warianty tytułu

PL

Estymacja współczynników modelu siły skrawania z zastosowaniem technik regularyzacji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, a method for estimation of cutting force model coefficients is proposed. The method makes use of regularized total least squares to identify the cutting forces from the measured acceleration signals and the frequency response function (FRF) matrix. An original regularization method is proposed which is based on the relationship between the harmonic components of the cutting forces. Numerical tests are performed to evaluate the effectiveness of the method. The method is compared with unregularized methods and common Tikhonov regularization combined with GCV and L-curve methods. It was found that the proposed method provides more accurate estimates of the cutting force coefficients than the unregularized method and common regularization techniques. Furthermore the influence of acceleration measurement errors, FRF matrix errors and FRF matrix conditioning on the accuracy of the estimated coefficients is investigated. It was concluded that FRF matrix errors influence the most the accuracy of the results.

PL

W artykule zaproponowano metodę estymacji współczynników modelu siły skrawania. Metoda stosuje regularyzowaną technikę ortogonalnych najmniejszych kwadratów dla identyfikacji sił skrawania na podstawie mierzonych sygnałów przyśpieszeń oraz macierzy częstotliwościowych funkcji przejścia. Zaproponowano oryginalną metodę regularyzacji opartą na zależności pomiędzy składnikami harmonicznymi sił skrawania. Przeprowadzono symulację numeryczną weryfikującą skuteczność metody. Przedstawiona metoda jest porównana z podejściem bez regularyzacji oraz regularyzowanym metodą Tikhonova stosowaną wraz z metodami GCV oraz L-curve. Pozwala uzyskać dokładniejsze oszacowanie wartości współczynników niż estymacja bez regularyzacji lub z regularyzacją Tikhonova. Dokonano również oceny wpływu błędu pomiaru przyśpieszeń, błędów macierzy funkcji przejścia oraz jej uwarunkowania na dokładność estymowanych współczynników. Na podstawie przeprowadzonej analizy wykazano, że największy wpływ mają błędy macierzy funkcji przejścia.

Słowa kluczowe

EN

force identification; acceleration; FRF matrix; regularization; cutting force model

PL

identyfikacja siły; przyspieszenia; macierze częstotliwościowych funkcji przejścia; regularyzacja; model siły skrawania

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN ; De Gruyter
• Czasopismo: Advances in Manufacturing Science and Technology
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 37, nr 2
• Strony: 5--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Pawełko P

• Department of Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology Szczecin, Piastów 19, 70-310 Szczecin

autor

Powałka B

• Department of Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology Szczecin, Piastów 19, 70-310 Szczecin

autor

Berczyński S

• Department of Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology Szczecin, Piastów 19, 70-310 Szczecin

Bibliografia

• [1] J. GRADIŠEK, M. KALVERAM, K. WEINERT: Mechanistic identification of specific force coefficients for a general end mill. Journal of Machine Tools and Manufacture, 44 (2004), 401–414.
• [2] S. JAYARAM, S.G. KAPOOR, R.E DEVOR: Estimation of the specific cutting pressures for mechanistic cutting force model. Journal of Machine Tools and Manufacture, 41 (2001), 265-281.
• [3] J.J. JUNZ WANG AND C.M. ZHENG: An analytical force model with shearing and ploughing mechanisms for end milling. Journal of Machine Tools Manufacture, 42 (2002), 761-771.
• [4] B. POWAŁKA, M. PAJOR, S. BERCZYŃSKI: Identification of nonlinear cutting process model in turning. Advances in Manufacturing Science and Technology, 33 (2009) 3, 17-25.
• [5] M. HOFFMAN, B. POWAŁKA, S. BERCZYŃSKI, M. PAJOR: Identification of cutting forces in frequency domain for milling. Advances in Manufacturing Science and Technology, 34 (2010) 1, 5-20.
• [6] B. POWAŁKA, J. DHUPIA, G. ULSOY, R. KATZ: Identification of machining force model parameters from acceleration measurements. Journal for Manufacturing Research, 3 (2008), 265-284.
• [7] Y. ALTINTAS, E. BUDAK: Analytical prediction of stability lobes in milling. Annals of the CIRP, 44 (1995), 357-362.
• [8] G.H. GOLUB, M. HEATH, G. WAHBA: Generalized cross-validation as a method for choosing a good ridge parameter. Technometrics, 21 (1979)2, 215-223.
• [9] P.C. HANSEN: Analysis of discrete ill-posed problems by means of the L-curve. SIAM Rev., 34 (1992), 561-580.
• [10] H.R. BUSBY, D.M. TRUJILLO: Optimal regularization of an inverse dynamics problem. Computers and Structures, 63 (1997), 243-248.
• [11] H.G. CHOI, A.N. THITE, D.J. THOMPSON: Comparison of methods for parameter selection in Tikhonov regularization with application to inverse force determination. Journal of Sound and Vibration, 304 (2007), 894-917.