شناسايي و كنترل ابزار داخل تراش ميرا شده با استفاده از عملگر VCA

Identification and control of an active boring bar using VCA actuator

فرآيند داخل تراشي به دليل نسبت طول به قطر بالاي ابزار و انعطاف پذيري زياد آن، بسيار مستعد ارتعاشات خود برانگيخته(چتر) مي باشد. اين ارتعاشات منجر به كاهش كيفيت سطح، دقت هندسي پايين و شكستگي ابزار مي شود و در مجموع مهمترين محدوديت توليد مي باشد. مهمترين دليل به وجود آمدن چتر، برهم كنش ديناميكي فرآيند براده برداري و سازه ماشين ابزار مي باشد. با افزايش طول ابزار برش، تمايل سازه به ارتعاش افزايش پيدا مي كند. راه حل موثر جهت كاهش ارتعاشات و افزايش مقاومت به چتر، افزايش صلبيت ديناميكي آن مي باشد. در فرآيند داخل تراشي با نسبت طول به قطر بالا، جهت افزايش پايداري ابزار، از روش هاي كنترل ارتعاشات غيرفعال يا فعال استفاده مي شود. روشهاي فعال كنترل ارتعاشات اين قابليت را دارا مي باشند كه ارتعاشات را به نحو مطلوبي در شرايط مختلف ماشينكاري ميرا كنند. هدف اين پژوهش بهبود مقاومت به چتر ابزار داخل تراش در مقياس صنعتي از طريق افزايش صلبيت ديناميكي مي باشد. به منظور كنترل ارتعاشات ابزار از عملگر الكترومغناطيسي استفاده گرديده است. طراحي بستر آزمايش به نحوي صورت گرفته است كه بتوان در راستاي شعاعي ارتعاشات ابزار را كنترل نمود. در اين پژوهش ابتدا با استفاده از آزمون مودال تجربي، مشخصات ديناميكي ابزار بورينگ بدست آمده است. سپس با استفاده از تحريك سينوسي جاروبي تابع تبديل عملگر-ابزار شناسايي شده است. حلقه كنترل ارتعاشات نيز با استفاده از الگوريتم پسخور مستقيم سرعت پياده سازي شده است. نتايج آزمون هاي ماشينكاري نشان مي دهد كه عملگر در كاهش ارتعاشات و افزايش صلبيت ديناميكي و در نتيجه مقاومت در برابر چتر داراي عملكرد خوبي مي باشد.

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 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.