شبیه‌سازی و تحلیل وقوع لرزش در فرایند تراش‌کاری متعامد با رویکرد انرژی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، پردیس شهرضا، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

2 دانش‌آموخته کارشناسی، گروه مهندسی مکانیک، پردیس شهرضا، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

10.22044/jsfm.2025.16071.3965

چکیده

این مقاله به شبیه‌سازی و تحلیل ارتعاشات قطعه‌کار در فرایند تراش‌کاری متعامد، از لحظه شروع درگیری ابزار با قطعه‌کار، با هدف انجام یک مطالعه عمیق بر روی نحوه شروع پدیده لرزش با استفاده از رویکرد انرژی می‌پردازد. به این منظور، فرایند تراش‌کاری متعامد یک دیسک به دو مرحله تقسیم‌بندی شده است: دور اول چرخش قطعه‌کار و دورهای بعدی. معادلات ارتعاشی حاکم بر سیستم در هر مرحله به‌طور مجزا استخراج شده‌اند. معادله مرحله اول به‌صورت تحلیلی و معادله مرحله دوم با استفاده از روش نیمه گسسته‌سازی حل شده است. همچنین، روابط محاسبه توان و انرژی تزریق شده به سیستم توسط نیروی برشی و نیز تلف شده توسط میرایی سیستم ارائه شده‌اند. با انجام شبیه‌سازی، توصیف فیزیکی رفتار ارتعاشی سیستم در چند دور اول گردش قطعه‌کار به‌طور کامل ارائه شده است. بررسی‌ها نشان می‌دهد رفتار ارتعاشی سیستم در سه دور اول چرخش قطعه‌کار، صرف‌نظر از عرض برشی، به پاسخ گذرای سیستم در دور اول ناشی از پیشروی ابزار بستگی دارد. همچنین، نتایج حاصل نشان می‌دهد که در حالت پایدار، توان کل برابر صفر؛ در مرز پایداری، نوسانی با دامنه ثابت و مقدار متوسط صفر؛ و در حالت ناپایدار، نوسانی با دامنه افزاینده و مقدار متوسط صفر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Yuan L, Pan Z, Ding D, Sun S, Li W (2018) A review on chatter in robotic machining process regarding both regenerative and mode coupling mechanism. IEEE/ASME Trans Mechatronics 23(5): 2240-2251.
[2] Pour M, Aliabadi A, Rahman nia S (2015) Identifying Process Damping of Turning Process Using Time Series Analysis. J Solid Fluid Mech 5(4): 35-45.
[3] Altintas Y, Stepan G, Budak E, Schmitz T, Kilic ZM (2020) Chatter stability of machining operations. J Manuf Sci Eng 142(11): 110801.
[4] Wiercigroch M, Budak E (2001) Sources of nonlinearities, chatter generation and suppression in metal cutting. Philos Trans R Soc Lond A 359(1781): 663-693.
[5] Zhang X, Wan L, Ran X (2024) Research progress on the chatter stability in machining systems. Int J Adv Manuf Technol 131(1): 29-62.
[6] Dong X, Shen X, Fu Z (2021) Stability analysis in turning with variable spindle speed based on the reconstructed semi-discretization method. Int J Adv Manuf Technol 117(11-12): 3393-3403.
[7] Urbikain G, Olvera D, Lopez de Lacalle LN, Beranoagirre A, Elias-Zuniga A (2019) Prediction methods and experimental techniques for chatter avoidance in turning systems: a review. Appl Sci 9(21): 4718.
[8] Zhu L, Liu C (2020) Recent progress of chatter prediction, detection and suppression in milling. Mech Syst Signal Process 143(1): 106840.
[9] Ozturk OM, Kilic Z, Altintas Y (2018) Mechanics and dynamics of orbital drilling operations. Int J Mach Tools Manuf 129(1): 37-47.
[10] Khalili M, Rafieian M, Abootorabi MM (2020) Prediction of chatter phenomenon in the internal turning process using the results of experimental tests and artificial neural network. J Solid Fluid Mech 10(3): 121-133.
[11] Fazel R, Jalili MM, Abootorabi MM (2017) Determination of Stability Regions of Wheel and Workpiece in Plunge Grinding Process Using a 3-D Workpiece Model. J Solid Fluid Mech 7(3): 67-82.
[12] Zheng Z, Jin X, Sun Y, Zhang Z, Sun H, Li Q (2020) Prediction of chatter stability for enhanced productivity in parallel orthogonal turn-milling. Int J Adv Manuf Technol 110(9-10): 2377-2388.
[13] Jafarzadeh E, Movahhedy MR (2017) Numerical simulation of interaction of mode-coupling and regenerative chatter in machining. J Manuf Process 27(1): 252-260.
[14] Celikag H, Ozturk E, Sims ND (2021) Can mode coupling chatter happen in milling?. Int J Mach Tools Manuf 165(1): 103738.
[15] Weremczuk A, Rusinek R (2017) Influence of frictional mechanism on chatter vibrations in the cutting process–analytical approach. Int J Adv Manuf Technol 89(9-12): 2837-2844.
 
[16] Perrelli  M, Cosco F, Gagliardi F, Mundo D (2021) In-process chatter detection using signal analysis in frequency and time-frequency domain. Machines 10(1): 1-24.
[17] Altintas Y, Budak E (1995) Analytical prediction of stability lobes in milling. CIRP Ann-Manuf Technol 44(1): 357-362.
[18] Budak E, Altintas Y (1998) Analytical Prediction of Chatter Stability in Milling - Part I: General Formulation. J Dyn Syst Meas Control Trans ASME 120(1): 22-30.
[19] Merdol S, Altintas Y (2004) Multi frequency solution of chatter stability for low immersion milling. J Manuf Sci Eng 126(3): 459-466.
[20] Insperger T, Stepan G (2004) Updated semi‐discretization method for periodic delay‐differential equations with discrete delay. Int J Numer Methods Eng 61(1): 117-141.
[21] Ding Y, Zhu L, Zhang X, Ding H (2010) A full-discretization method for prediction of milling stability. Int J Mach Tools Manuf 50(5): 502-509.
[22] Bayly PV, Halley JE, Mann BP, Davies MA (2003) Stability of interrupted cutting by temporal finite element analysis. J Manuf Sci Eng 125(2): 220-225.
[23] Zhan D, Jiang S, Li S, Sun Y (2022) A hybrid multi-step method based on 1/3 and 3/8 Simpson formulas for milling stability prediction. Int J Adv Manuf Technol 120(1-2): 265-277.
[24] Liu A, Wu Y, Deng B, Ye T (2020) Two novel prediction methods for milling stability analysis based on piecewise polynomial interpolations. Int J Adv Manuf Technol 109(7-8): 2113-2132.
[25] Xia Y, Wan Y, Luo X, Liu Z, Song Q (2021) Milling stability prediction based on the hybrid interpolation scheme of the Newton and Lagrange polynomials. Int J Adv Manuf Technol 112(5-6): 1501-1512.
[26] Altintas Y, Weck M (2004) Chatter stability of metal cutting and grinding. CIRP Ann-Manuf Technol 53(2): 619-242.
[27] Insperger T, Stepan, G (2002) Semi‐discretization method for delayed systems. Int J Numer Methods Eng 55(5): 503-518.
[28] Altintas Y (2012) Manufacturing automation: metal cutting mechanics, machine tool vibrations, and CNC design. 2nd edn. Cambridge University Press, New York.
[29] Altintas Y, Eynian M, Onozuka H (2008) Identification of dynamic cutting force coefficients and chatter stability with process damping. CIRP Ann-Manuf Technol 57(1): 371-374.