Przykład. Prognozowanie drgań w

procesie frezowania smukłym frezem

trzpieniowym

Sterowanie prędkością obrotową wrzeciona jest

praktycznym sposobem przeciwdziałania

niebezpiecznym

drganiom samowzbudnym

(typu chatter)

1. Wyznaczenie (w trybie off-line) parametrów

sterowania prędkością obrotową wrzeciona

2. Detekcja drgań chatter

- prognoza komputerowa
- obserwacja przebiegu w czasie i analiza

widmowa

3. Sterowanie programowe prędkością

wrzeciona (tryb on-line)

- realizacja na obiekcie rzeczywistym

Schemat procedury prognozowania drgań

start

Dobór parametrów

modelu skrawania

(k

dl

,



l

,

, T

yl1

, T

yl2

)

Symulacja dla

stałej prędkości

obrotowej

Zadowalające?

Symulacja dla

programu sterowania

prędkością obrotową

Realizacja programu

i pomiary drgań

Ocena trafności

prognozowania

(porównanie RMS i q

0ch

)

stop

Porównanie wyników

symulacji z pomiarami

(porównanie RMS i q

0ch

)

nie

tak

amplituda drgań chatter w

widmie

wartość skuteczna przebiegu

czasowego

stałe czasowe procesu

skrawania

stała tłumienia
freza

współczynniki
charakterystyki
procesu skrawania

Badania / pomiary

Frezarka VMC FADAL 4020HT
- sztywny układ nośny
- mała bezwładność napędu
- sterowanie CNC (wbudowane i zewnętrzne)
- prędkość obrotowa wrzeciona
40 do 10000 obr/min

Narzędzie: frez trzpieniowy NOMA 206.016W-W
- 2 płytki skrawające,
pokrycie TiN (azotek tytanu)

Materiał obrabiany: stal St3 103-105 HB

Obserwowano drgania poprzeczne
wirującego narzędzia podczas skrawania

Badania / pomiary

VMC FADAL 4020HT

Badania / pomiary

v

f

n(t

)

S

POMIARU

DRGAŃ

ANALIZY

DRGAŃ

A/C

KOMPUTEROWY

SYSTEM

FILTRY ANALOGOWE

PROGRAMOWANE

CYFROWO

PROKSIMITORY

WZMACNIACZ

4–KANAŁOWY

Czujnik

1

Czujnik

2

Uchwyt

mocujący

czujniki

a

p

h

C1

h

C2

VMC FADAL

4020HT

RS232

CYFROWY SYSTEM

STEROWANIA

PRĘDKOŚCIĄ

OBROTOWĄ

WRZECIONA

CNC

1

x

1

x

1

x

1

x

2

x



2

x

3

x

3

x

S



0

1

2

3

4

5

6

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

czas[s]

P

rz

em

ie

sz

cz

en

ie

[m

m

]

0

1

2

3

4

5

6

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

czas[s]

P

rz

em

ie

sz

cz

en

ie

[m

m

]

Najpierw

pomiar /

potem

symulacje

Wyniki pomiarów wykazały, że skrawanie z głębokością a

p

=0.2 mm

powoduje powstanie rozwiniętych drgań samowzbudnych – przypadek bardzo

niekorzystny.

Przeprowadzono symulacje komputerowe dla

dopasowanych

parametrów

procesu skrawania:

k

dl

= 2.310

9

N/m

2,



l

= 0.3,



= 1.0 10

5

Ns/m, T

yl1

= 0.0001

s, T

yl2

= 0.0 s

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

czestotliwosc[Hz]

A

m

pl

itu

da

[m

m

]

RMS=0.129
mm

RMS

pom

=0.119 mm

symulacja
pomiar

1

Najpierw

symulacje /

potem

pomiar

0

1

2

3

4

5

6

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

czas[s]

P

rz

em

ie

sz

cz

en

ie

[m

m

]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

czestotliwosc[Hz]

A

m

pl

itu

da

[m

m

]

Prędkość obrotowa zmienna skokowo co 0.25 s

RMS=0.104
mm

symulacja
pomiar

RMS

pom

=0.094 mm

2

3

4

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

czestotliwosc[Hz]

A

m

pl

itu

da

[m

m

]

Prędkość obrotowa zmienna - pulsacja prędkości 1.7 Hz

0

1

2

3

4

5

6

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

czas[s]

P

rz

em

ie

sz

cz

en

ie

[m

m

]

RMS=0.096
mm

symulacja
pomiar

RMS

pom

=0.095 mm

Najpierw

symulacje /

potem

pomiar

2

3

4

Prędkość obrotowa zmienna - pulsacja prędkości 2.4 Hz

0

1

2

3

4

5

6

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

czas[s]

P

rz

em

ie

sz

cz

en

ie

[m

m

]

RMS=0.098
mm

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

czestotliwosc[Hz]

A

m

pl

itu

da

[m

m

]

symulacja
pomiar

RMS

pom

=0.091 mm

Najpierw

symulacje /

potem

pomiar

2

3

4

Ocena trafności prognozy komputerowej

RMS

q

0ch

prognoza komputerowa I - uproszczona, pominięto tłumienie w procesie
skrawania (T

yl1

= 0.0)

prognoza komputerowa II - pełna

badania doświadczalne

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

1

2

3

R

M

S

[m

m

]

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

1

2

3

q

0c

h

[m

m

]

5

• Prognoza II znacznie trafniej przewiduje

maksimum amplitudy drgań chatter w widmie

• Lepsze przewidywanie wartości RMS drgań
• Lepsze przewidywanie zakresu częstotliwości

drgań chatter

Lepsza trafność prognozy

II

potwierdzona

doświadczalnie