Eliminacja drgań samowzbudnych z zastosowaniem aktywnego uchwytu obróbkowego

• Autorzy: Parus A. , Chodźko M. , Hoffmann M.

Warianty tytułu

EN

Self-excited vibration suppression with use of active clamp system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Współczesne obrabiarki CNC projektowane są tak, aby ich właściwości dynamiczne umożliwiały prowadzenie stabilnej obróbki w szerokim zakresie parametrów skrawania, przy zastosowaniu szerokiej gamy narzędzi skrawających. Pozwala to na pracę z większymi wartościami szerokości skrawania, co przekłada się na wzrost produktywności. Niestety w wielu przypadkach powodem utraty stabilności nie są właściwości dynamiczne samej obrabiarki, lecz decydujący wpływ mają właściwości przedmiotu lub narzędzia. W takim przypadku konieczna jest modyfikacja parametrów obróbki, co zazwyczaj prowadzi do znacznej redukcji wydajności. Z tego powodu poszukiwane są efektywne metody redukcji drgań przedmiotu i/lub narzędzia skrawającego. Rozwijane są różnego rodzaju układy przeznaczone do tego celu, jak np. pasywne, aktywne i semi-aktywne eliminatory drgań dołączane do obrabianego przedmiotu. W artykule zaprezentowana została koncepcja modyfikacji właściwości dynamicznych przedmiotu obrabianego poprzez zastosowanie aktywnego uchwytu obróbkowego. W porównaniu do dołączanych eliminatorów drgań rozwiązanie to ma dużą zaletę - nie ma konieczności modyfikacji obrabianego przedmiotu. W niektórych przypadkach dołączenie eliminatora wiąże się z koniecznością wykonania dodatkowych elementów i przygotowania specjalnego miejsca na obrabianym przedmiocie. Zastosowanie aktywnego uchwytu obróbkowego pozwala na redukcję drgań bez konieczności ingerencji w obrabiany przedmiot. W artykule przedstawiono wyniki symulacji obróbki przedmiotu obrabianego zamontowanego w aktywnym uchwycie. W konstrukcji uchwytu zastosowano siłowniki piezoelektryczne, które umożliwiają bezpośrednie oddziaływanie na obrabiany element. Do sterowania zastosowano układ sprzężenia zwrotnego od stanu obiektu, którego zadaniem jest redukcja amplitudy drgań przedmiotu w trakcie obróbki. Przedstawiono wyniki symulacji dla wybranych wariantów frezowania.

EN

CNC machines are designed to enable working with wide range of cutting parameters and different types of cutting tools. Therefore, large depths of cut can be applied and high productivity level can be achieved. In some cases loosing stability of the cutting process is caused by unfavorable dynamic properties of work-piece or cutting tool, but not by the machine tool. To assure stable machining, parameters of the cutting process have to be tuned. Unfortunately, this leads usually to decreasing the machining productivity. For this reasons the effective methods of work-piece and tool vibration are sought for. Different types of systems are developed for this purpose e.g. passive, active and semi-active vibration suppression absorbers, which are attached to the work-piece. In some cases an additional modification of the workpiece has to be made in order to allow mounting the vibration absorber. The paper describes a modification of the work-piece dynamic properties using active clamp system. In comparison to the vibration absorbers this solution has a great advantageous - adaptation of the work-piece is not necessary. Active clamp application is possible without making any changes to the work-piece. In the paper the simulation results of the machining process with work-piece mounted using an active clamp are presented. In the simulation the mechanistic model of cutting force is used with parameters which are determined on the basis of the real cutting tool. In the active clamp piezo actuators are used in order to assure active influence on the work-piece. The actuators are drive by state space feedback control system. The aim is to minimize the amplitude of the vibration during machining process. The results for different variants of milling process are presented.

Słowa kluczowe

PL

obrabiarka CNC; wibrostabilność; drgania samowzbudne; uchwyt obróbkowy; dokładność obróbki

EN

CNC machine tool; vibrostability; self-induced vibrations; active clamp system; machining precision

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 11, nr 42
• Strony: 325--332
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Parus A.

autor

Chodźko M.

autor

Hoffmann M.

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Instytut Technologii Mechanicznej, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki,

Bibliografia

• [1] Altintas Y.: Manufacturing automation. Cambridge: Cambridge University Press, 2000.
• [2] Bodnar A., Brykalski A., Domek S. i in.: Badanie skuteczności metod aktywnej eliminacji drgań samowzbudnych w procesie skrawania. Sprawozdanie końcowe z projektu badawczego Nr 4 T07D016 29. Szczecin: Politechnika Szczecińska, 2008.
• [3] Brecher C., Schulz A., Week A.: Electrohydraulic active damping system. CIRP „Annals - Manufacturing Technology” 2005, 54,1, p. 389-92.
• [4] Ehmann K., Kapoor S., Devor R., Lazoglu I.: Machining process modeling: A review. ASME „Journal of Manufacturing Science and Engineering” 1997, 119, p. 655-663.
• [5] Hoffmann M.: Badania tłumienia drgań samowzbudnych z zastosowaniem eliminatora piezoelektrycznego i tłumików z cieczą magnetoreologiczną. Rozprawa doktorska. Szczecin: Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, 2011.
• [6] Jemielniak K., Widota A.: Suppression of self-excited vibration by the spindle speed variation method. „International Journal of Machine Tool Design and Research” 1984, 24, p. 119-120.
• [7] Koziński W.: Projektowanie regulatorów: wybrane metody klasyczne i optymalizacyjne. Warszawa: Wyd. Pol. Warsz., 2004.
• [8] Mei D. i in.: Magnetorheological fluid-controlled boring bar for chatter suppression. „Journal of Materials Processing Technology” 2009, 209, 4, p. 1861-70.
• [9] Mei Z., Yang S., Shui H., Ehma N K.F.: Active chatter suppression by online variation of rake and clearance angle in turning. Principles and experimental investigations. „International Journal of Machine Tool Manufacture” 1994, 34, p. 298-307.
• [10] Takahashi Y.i in.: Control and dynamics systems. Springer, 1974.
• [11] Tanaka H., Obata F., Matsubara T., Mizumoto H.: Active chatter suppression of slender boring bar using piezoelectric actuators. „JSME International Journal” 1994, 37, 3, p. 601-606.
• [12] Tomków J.: Wibrostabilność obrabiarek : komputerowe wspomaganie obliczeń i badań doświadczalnych. Warszawa: WNT, 1997.