مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شناسایی و کنترل ابزار داخل‌تراش میرا شده با استفاده از عملگر VCA

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری مکانیک در دانشگاه فردوسی مشهد
2 استاد عضو هیات علمی گروه مکانیک /دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
فرآیند داخل‌تراشی به دلیل نسبت طول به قطر بالای ابزار و انعطاف پذیری زیاد آن، بسیار مستعد ارتعاشات خود برانگیخته(چتر) می‌باشد. این ارتعاشات منجر به کاهش کیفیت سطح، دقت هندسی پایین و شکستگی ابزار می‌شود و در مجموع مهمترین محدودیت تولید می‌باشد. مهمترین دلیل به وجود آمدن چتر، برهم‌کنش دینامیکی فرآیند براده‌برداری و سازه ماشین ابزار می‌باشد. با افزایش طول ابزار برش، تمایل سازه به ارتعاش افزایش پیدا می‌کند. راه‌حل مؤثر جهت کاهش ارتعاشات و افزایش مقاومت به چتر، افزایش صلبیت دینامیکی آن می‌باشد. در فرآیند داخل‌تراشی با نسبت طول‌به‌قطر بالا، جهت افزایش پایداری ابزار، از روش‌های کنترل ارتعاشات غیرفعال یا فعال استفاده می‌شود. روشهای فعال کنترل ارتعاشات این قابلیت را دارا می‌باشند که ارتعاشات را به نحو مطلوبی در شرایط مختلف ماشینکاری میرا کنند. هدف این پژوهش بهبود مقاومت به چتر ابزار داخل‌تراش در مقیاس صنعتی از طریق افزایش صلبیت دینامیکی می‌باشد. به منظور کنترل ارتعاشات ابزار از عملگر الکترومغناطیسی استفاده گردیده است. طراحی بستر آزمایش به نحوی صورت گرفته است که بتوان در راستای شعاعی ارتعاشات ابزار را کنترل نمود. در این پژوهش ابتدا با استفاده از آزمون مودال تجربی، مشخصات دینامیکی ابزار بورینگ بدست آمده است. سپس با استفاده از تحریک سینوسی جاروبی تابع تبدیل عملگر-ابزار شناسایی شده است. حلقه کنترل ارتعاشات نیز با استفاده از الگوریتم پسخور مستقیم سرعت پیاده‌سازی شده است. نتایج آزمون‌های ماشینکاری نشان می‌دهد که عملگر در کاهش ارتعاشات و افزایش صلبیت دینامیکی و در نتیجه مقاومت در برابر چتر دارای عملکرد خوبی می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Identification and control of an active boring bar using VCA actuator

نویسندگان English

Pooria Naeemi Amini 1
Behnam Moetakef-Imani 2
1 PhD Candidate,Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad
چکیده English

Boring operations due to the large length to diameter ratio and the high flexibility of tool are prone to self-excited (chatter) vibration. This vibration may cause poor surface quality, low dimensional accuracy and tool breakage. In practice, chatter is the main limitation on production rate. The main reason of chatter phenomenon is the dynamic interaction between cutting process and structure of machine tool. By increasing the length of the cutting tool, the vibration tendency in the tool’s structure increases. Improving dynamic stiffness of the tool is the most effective solution for decreasing vibration and increasing chatter stability. For increasing the stability of the tool in long overhang boring operations, passive and active vibration control has been proposed and implemented. In active control methods, vibrations can be effectively damped over a various cutting conditions. The aim of this research is to enhance chatter stability of an industrial boring bar by increasing the dynamic stiffness. A VCA actuator is used for active vibration control. The designed setup can effectively suppress undesirable vibrations in the radial direction. First, modal parameters of the boring bar are determined by experimental modal analysis. Then, the transfer function of the actuator-tool setup is identified with the sweep frequency excitation. In the following, the direct velocity feedback is successfully implemented in the vibration control loop. The results of cutting tests indicate that the actuator has a great performance in suppressing vibrations and increasing the dynamic stiffness. Hence, the developed method can significantly increase chatter stability of boring operations.

کلیدواژه‌ها English

Boring Bar
Vibration Control
system identification
Chatter vibration