1 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΣΤΟ ΦΡΑΙΖΑΡΙΣΜΑ

Transcript

1 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΣΤΟ ΦΡΑΙΖΑΡΙΣΜΑ Εξώφυλλο Καθ. Αριστομένης Αντωνιάδης Καθ. Νικόλαος Μπιλάλης Καθ. Γεώργιος Σταυρουλάκης Διπλ. Μηχ. Κωνσταντίνος Σοφιάκης Χανιά 0 Εισαγωγή Στάθμη γνώσεων Πρόγραμμα σύνθεσης διαγραμμάτων ευστάθειας Πειραματικός εξοπλισμός Πειραματική διαδικασία Συμπεράσματα Περιεχόμενα παρουσίασης

2 Αντικείμενο εργασίας Η μελέτη του φαινομένου αυτοδιεγειρόμενων ταλαντώσεων κατά την κατεργασία του φραιζαρίσματος Εισαγωγή Σκοπιμότητα εργασίας Πολύπλοκο και ευαίσθητο φαινόμενο μηχανικής Πληθώρα αρνητικών επιπτώσεων Σημαντικός ανασταλτικός παράγοντας της βελτίωσης της παραγωγικότητας και της ποιότητας των κατεργασιών με αφαίρεση υλικού Μέθοδος μελέτης Βιβλιογραφική έρευνα Ανάπτυξη κώδικα για τον υπολογισμό διαγραμμάτων ευστάθειας Εφαρμογή του κώδικα σε πρόβλημα προηγούμενης έρευνας Σύγκριση αποτελεσμάτων προγράμματος με τα αντίστοιχα της έρευνας Περιγραφή πειραματικού εξοπλισμού μελέτης του φαινομένου Περιγραφή εκπόνησης πειραμάτων μελέτης του φαινομένου Ανάπτυξη προγράμματος για ανάλυση των μετρήσεων Εισαγωγή Κύριες κινήσεις κοπής Ταχύτητα κοπής vc π D n 000 Στάθμη γνώσεων Ταχύτητα πρόωσης f = fz z n Η κατεργασία του φραιζαρίσματος

3 Είδη μηχανικών ταλαντώσεων Ελεύθερες Εξαναγκασμένες Αυτοδιεγειρόμενες!!! Οι εργαλειομηχανές δεν είναι στιβαρά σώματα Oι αυτοδιεγειρόμενες ταλαντώσεις είναι τα πιο δυσνόητα και ευαίσθητα από όλα τα προβλήματα που αντιμετωπίζει ένας μηχανικός Taylor Η ανάπτυξη των εργαλειομηχανών τις τελευταίες δεκαετίες έχει δημιουργήσει ένα συνεχώς αυξανόμενο αριθμό προβλημάτων εμφάνισης ταλαντώσεων. Οι μηχανικοί παραγωγής γνωρίζουν ότι οι ταλαντώσεις μειώνουν τη διάρκεια ζωής των εργαλείων, παράγουν κακή ποιότητα επιφάνειας στα τεμάχια και εν τέλει μειώνουν την παραγωγικότητα Tobias Αποτελούν μία από τις σημαντικότερες προκλήσεις στον τομέα των κατεργασιών Εισαγωγή στη θεωρία των μηχανικών ταλαντώσεων Μια μορφή ασταθών ταλαντώσεων στη δυναμική κοπή μετάλλου Συμβαίνει αν το πλάτος αποβλίττου είναι πολύ μεγάλο για τη στιβαρότητα του δεδομένου συστήματος εργαλειομηχανή-τεμάχιο-εργαλείο Η δύναμη κοπής μεταβάλλεται περιοδικά, φτάνοντας σε σημαντικά πλάτη, η κατεργασμένη επιφάνεια γίνεται κυματοειδής και το πλάτος αποβλίττου μεταβάλλεται τόσο πολύ, που σπάει Το πλάτος αποβλίττου και ο ρυθμός αποβολής υλικού πρέπει να κρατηθούν κάτω από το όριο που σηματοδοτεί την αυτοδιεγειρόμενη ταλάντωση Κύριες πηγές αυτοδιέγερσης : σύζευξη ιδιομορφών (Mode coupling) αναγέννηση κυμάτωσης επιφάνειας Αυτοδιεγειρόμενες ταλαντώσεις

4 7 Απλοποιήσεις συστήματος κατεργασίας Το σύστημα ταλάντωσης της μηχανής είναι γραμμικό. Η διεύθυνση της μεταβλητής συνιστώσας της δύναμης κοπής είναι σταθερή. Η μεταβλητή συνιστώσα της δύναμης κοπής εξαρτάται μόνο από την ταλάντωση στη διεύθυνση την κάθετη στην επιφάνεια κοπής. Η τιμή της μεταβλητής συνιστώσας της δύναμης κοπής μεταβάλλεται ακαριαία και ανάλογα με τη μεταβολή του πάχους αποβλίττου. Η συχνότητα της ταλάντωσης και η αμοιβαία μετατόπιση φάσης των κυματώσεων σε διαδοχικές επικαλυπτόμενες κοπές δεν επηρεάζονται από τη σχέση του μήκους κύματος και του μήκους κοπής. Αυτή η υπόθεση παραπέμπει σε άπειρο μήκος κοπής και είναι πρακτικά έγκυρη κατά την τόρνευση και την κατεργασία boring. οριακό αξονικό βάθος κοπής : γωνία φάσης της δομής : γωνία φάσης μεταξύ διαδοχικών κυματομορφών : α lim = ψ = tan H G K f G(ωc) ε = π + ψ ταχύτητα περιστροφής της ατράκτου : Tlusty και Polacek T = k π + ε π fc n = 0 T Όριο ευστάθειας συστήματος κατεργασίας 8 Εξίσωση περιγραφής συστήματος : Συνάρτηση μεταφοράς : Πλάτος συνάρτησης μεταφοράς : m x + c x + k x = F t ή x + ζ ωn x + ω ω n x = n k F(t) Φ ω = Χ(ω) F 0 (ω) = ω n k ω n ω +j ζ ω n Φ(ω) = X F 0 = k ( r ) +( ζ r) Φάση ταλάντωσης : φ = tan ζ r r Υπολογισμός συνάρτησης μεταφοράς

5 9 Φ ω = Gω + j H(ω) r G ω= k [ r + ζ r ] ζ r H ω= k [ r + ζ r ] Πραγματικό και φανταστικό μέρος συνάρτησης μεταφοράς 0 F i = F cos (θ i β) x i = F i Φ ω = F cos (θ i β) Φ i ω y i = x i cos θ i = F cos (θ i ) cos θ i β Φ(ω) Φ yf ω = y F = [udi Φ i (ω) i= Προσανατολισμένη συνάρτηση μεταφοράς

6 Να επιλεχθεί μια συχνότητα εμφάνισης αυτοδιεγειρόμενης ταλάντωσης (ωc) στο αρνητικό πραγματικό μέρος της συνάρτησης μεταφοράς. Να υπολογισθεί η γωνία φάσης της δομής στη συχνότητα ωc. Να υπολογισθεί το κρίσιμο αξονικό βάθος κοπής. Να υπολογισθεί η ταχύτητα περιστροφής της ατράκτου για κάθε λοβό ευστάθειας, k = 0,, Να επαναληφθεί η διαδικασία σαρώνοντας τις συχνότητες εμφάνισης αυτοδιεγειρόμενων ταλαντώσεων γύρω από τη φυσική συχνότητα. Διαγράμματα ευστάθειας S. A. Tajalli, M. R. Movahhedy, J. Akbari, Chatter instability analysis of spinning micro-end mill with process damping effect via semidiscretization approach, Acta Mechanica March 0, Volume, Issue, p. 7 7, 0 Y. Altintas, Modeling Approaches and Software for Predicting the Performance of Milling Operations at MAL- UBC, Machining Science and Technology (): p. -78, 000 P. Palpandian, R. V. Prabh, B. S. G. Quintana, J. Ciurana, D. Satish, Stability Lobe Diagram for Teixidor, A new experimental High Speed Machining Processes: methodology for identification of Comparison of Experimental and stability lobes diagram in milling Analytical Methods A Review, operations, International Journal of International Journal of Innovative Machine Tools & Manufacture 8, Research in Science, Engineering p. 7-, 008 and Technology Vol., Issue, 0 Προηγούμενες έρευνες

7 Σύστημα με βαθμούς ελευθερίας Δύναμη κοπής : Σταθερά κοπής : Fy = K f a h(t) K f = 00 MPa Πρόγραμμα σύνθεσης διαγραμμάτων ευστάθειας Προσανατολισμός αξόνων : θ = 0 o θ = o Διεύθυνση Ιδιοσυχνότητα (Hz) Συντελεστής απόσβεσης (%) Ακαμψία (N/m) x ω n = x ω n = Μέθοδος Tlusty και Polacek Πρόβλημα ευστάθειας συστήματος Αλγόριθμος υπολογισμού συνάρτησης μεταφοράς

8 Αλγόριθμοι υπολογισμού διαγραμμάτων ευστάθειας Αποτελέσματα Συνάρτηση μεταφοράς

9 7 Αποτελέσματα Διαγράμματα ευστάθειας 8 Δακτυλιοειδής κεραμικός αισθητήρας 87A Συσκευή σύζευξης/τροφοδοσίας Β Λογισμικό InstruNet Δυναμόμετρο 97ΒΑ Δυναμόμετρο 9C Πειραματικός Μονάδα εξοπλισμός ελέγχου με ενσωματωμένο ενισχυτή φορτίου Α Σύστημα καταγραφής για DynoWare Ενισχυτής φορτίου 080A Λογισμικό DynoWare 8A Πειραματικός εξοπλισμός

10 9 Συσκευή σύζευξης/τροφοδοσίας Β Δακτυλιοειδής κεραμικός αισθητήρας 87Α Λογισμικό InstruNet Πειραματικός εξοπλισμός καταγραφής επιτάχυνσης 0 Δυναμόμετρο 97ΒΑ Λογισμικό DynoWare 8A Μονάδα ελέγχου με ενσωματωμένο ενισχυτή φορτίου Α Πειραματικός εξοπλισμός καταγραφής δύναμης κοπής

11 0 Δυναμόμετρο 9C Λογισμικό DynoWare 8A Ενισχυτής φορτίου 080A Σύστημα καταγραφής για DynoWare Πειραματικός εξοπλισμός καταγραφής δύναμης κοπής Κράμα Αλουμινίου Al707 Κέντρο κατεργασίας DMG DMU 0 eco Πειραματική διαδικασία Συσκευή προ ρύθμισης εργαλείων MICROSET Uno eco Χώρος διεξαγωγής πειραμάτων Υλικό κατεργασίας

12 Εργαλείο φραιζαρίσματος Kennametal SC DRILL SLOT ENDMILL A Εργαλείο κατεργασίας Επίδραση προεξοχής Τοποθέτηση αισθητήρων Ενεργοποίηση μονάδας ελέγχου με ενσωματωμένο ενισχυτή φορτίου Α Ενεργοποίηση συσκευής σύζευξης/τροφοδοσίας Β Κάρτα καταγραφής InstruNet Εκκίνηση και ρύθμιση παραμέτρων λογισμικού InstruNet Εκκίνηση και ρύθμιση παραμέτρων λογισμικού Dynoware Προετοιμασία πειραμάτων

13 Χώρος κατεργασίας και λήψης μετρήσεων Τεμάχιο μετά το πέρας των μετρήσεων Πειραματική διαδικασία Δεδομένα επιταχύνσεων Δεδομένα δυνάμεων Επεξεργασία και ανάλυση δεδομένων μέτρησης

14 Διάγραμμα ροής προγράμματος επεξεργασίας μετρήσεων Επεξεργασία και ανάλυση δεδομένων μέτρησης 7 Αποτελέσματα προγράμματος επεξεργασίας μετρήσεων

15 7 Η συχνότητα με το μεγαλύτερο πλάτος στη διεύθυνση x εμφανίζεται στα 8.0 Hz Συχνότητα περιστροφής κοπτικού εργαλείου = 8. Hz Αποτελέσματα προγράμματος επεξεργασίας μετρήσεων 8 Πρόγραμμα υπολογισμού διαγραμμάτων ροής Πλήρη ταύτιση αποτελεσμάτων με τα αντίστοιχα αποτελέσματα της βιβλιογραφίας Πειραματικός εξοπλισμός Καταγραφή μετρήσεων επιτάχυνσης και δύναμης κοπής σε κατεργασίες φραιζαρίσματος Δοκιμή πειραματικού εξοπλισμού και χρήση του σε πειράματα κατεργασίας φραιζαρίσματος πλήρους ακτινικού βάθους Δυνατότητα εντοπισμού της συχνότητας περιστροφής της κοπτικής ακμής, αλλά και της ατράκτου με χρήση του κώδικα που αναπτύχθηκε Συμπεράσματα Συμπεράσματα

16 Ευχαριστώ πολύ για την προσοχή σας!!!!