پایداری چتر ماشین فرز توسط دینامیک های سرعت متغیر اسپیندل

Chatter stability of milling with speed-varying dynamics of spindles

چکیده

پایداری چتر ماشین فرز به رفتار دینامیکی سیستم اسپیندل که اغلب به عنوان تابع پاسخ فرکانسی (FRF) در نوک ابزار بیان شده است، وابسته است. نمودار لوب پایداری تولید شده از FRF های ایستا، می تواند به یک پیش بینی نادقیق ماشینکاری با سرعت بالا و بسیار بالا منجر شود.

در این مقاله یک روش جایگزین برای پیش بینی لوب های پایداری چتر ماشین فرز با سرعت بالا با در نظر گرفتن دینامیک های سرعت متغیر اسپیندل ارائه شده است. با یک مدل دینامیکی یک سیستم اسپیندل سرعت بالا، اثرات سرعت (به عنوان مثال، لحظه ژیروسکوپی و نیروهای گریز از مرکز) در شفت اسپیندل و یاتاقان، هر دو، به صورت سیستماتیک با شبیه سازی و آزمایش های عملی مورد بررسی قرار گرفته است. لحظه ژیروسکوپی شفت اسپیندل، می توانید FRF های متقابل را افزایش می دهد، اما به خاطر میرایی سیستم اسپیندل به سختی می تواند بر FRF های مستقیم در نوک ابزار تأثیر بگذارد.

به طور بدیهی نیروهای گریز از مرکز در شفت و یاتاقان ها هر دو سختی کلی سیستم اسپیندل را با افزایش سرعت کاهش می دهند. FRF های وابسته به سرعت در نوک ابزار از مدل دینامیکی اسپیندل به دست می آیند و سپس در معادله مشخصه سیستم فرز دینامیکی به هم می‌پیوندند. معیار پایداری نایکوئیست برای تولید لوب پایداری چتر ماشین فرز عملیات فرزکاری با سرعت بالا مورد استفاده قرار گرفت. نشان داده شده است که لوب های پایداری با اثرات سرعت به طور قابل توجهی به محدوده سرعت کم تغییر می کند. در نهایت، آزمایش فرز برای اعتبارسنجی لوب پایداری وابسته به سرعت پیش بینی شده، انجام شده است.

جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.

ABSTRACT

The chatter stability of machine tool is dependent on the dynamic behavior of the spindle system, which is often expressed as the frequency response function (FRF) at the tool tip. The stability lobe diagram generated from stationary FRFs can lead to an inaccurate prediction in high and ultra high speed machining. This paper presents an alternative approach to predict the chatter stability lobes of high-speed milling with consideration of speed-varying spindle dynamics. With a dynamic model of a high-speed spindle system, the speed effects (i.e., gyroscopic moment and centrifugal forces) on both the spindle shaft and bearings are investigated systematically with simulations and experiments. The gyroscopic moment of the spindle shaft can increase the cross FRFs, but can hardly affect the direct FRFs at the tool tip due to the damping of the spindle system. The centrifugal forces on both the shaft and bearings lower the overall spindle system stiffness evidently as the speed increases. The speeddependent FRFs at the tool tip are obtained from the dynamic spindle model and then integrated into the characteristic equation of the dynamic milling system. Nyquist stability criterion is used to generate the chatter stability lobe of high-speed milling operations. It is shown that the stability lobes with speed effects shift to the low speed range significantly. Finally, milling tests are performed to validate predicted the speed-dependent stability lobe.