بررسي اثر گيره بندي ابزار و قطعه كار بر نواحي پايداري فرآيند فرزكاري

لرزه ارتعاشات خودتحريك مخربي است كه در حين فرآيند ماشين‌كاري به وجود آمده و باعث كاهش كيفيت سطح قطعه‌كار، سايش ابزار و حتي آسيب به ماشين‌ابزار مي‌شود. اين پديده از اثر برهم‌كنش ابزار و قطعه‌كار در حين براده‌برداري به وجود آمده و يكي از عوامل محدودكننده براي دستيابي به نرخ براده‌برداري بالا است. در اين مقاله، به كمك يك مدل چهار درجه آزادي از ابزار و قطعه‌كار، تأثير گيره‌بندي ابزار و قطعه‌كار بر نواحي پايداري فرآيند فرزكاري بررسي شده است. به اين منظور، ابتدا ديناميك فرآيند براده-برداري با در نظر گرفتن لرزه احياشونده و كاهش سطح تماس با مجموعه‌اي از معادلات ديفرانسيلي تأخيري مدل‌سازي و سپس پارامترهاي ساختاري مدل به كمك تست مودال در گشتاورهاي گيره‌بندي مختلف اندازه‌گيري شده است. در ادامه، به كمك روش گسسته‌سازي كامل نمودار دالان‌هاي پايداري رسم گرديده است. به منظور اعتبار سنجي، فرزكاري مخالف با درگيري 180 درجه‌اي (نصف درگيري) ابزار با قطعه‌كار انجام گرفته و عمق برش بحراني در سرعت‌هاي مشخص اسپيندل و در حالت‌هاي متفاوت از گشتاور گيره‌بندي به روش تجربي بدست آمده و با نتايج تئوري مقايسه شده است. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه مرز پايداري بدست آمده از روش گسسته‌سازي كامل، دقت مناسبي براي پيش‌بيني نواحي پايداري دارد. گيره‌بندي ابزار و قطعه‌كار بر مرز نواحي پايداري تأثير گذار است؛ به گونه‌اي كه افزايش گشتاور گيره‌بندي باعث افزايش كمينه عمق برش بحراني در فرآيند فرزكاري مي‌شود. همچنين افزايش گشتاور گيره‌بندي باعث كاهش دامنه نوسانات سيستم در حالت پايدار و ناپايدار در يك بازه‌ي زماني مشخص مي‌شود.

Chatter is undesirable self-exciting vibration that occurs during machining process and could cause damage to the tool and the machine and surface finish of the workpiece. This phenomenon is generated from interaction of the tool and workpiece during cutting process and is one of the limiting factors for achieving a high cutting rate. In this paper, the effect of clamping of tool and workpiece on stability lobes of the milling process is investigated by employing a four degrees of freedom model of tool and workpiece. For this reason, the dynamic of cutting process is modeled through a set of coupled delay differential equations by considering regenerative chatter and loss of contact effect. Structural parameters of this model are measured by using the modal test in different clamping torques of the tool and the workpiece. Simulated stability lobes diagram is constructed based on full-discretization method. To validate the presented model, half immersion up-milling cuts were performed, and the limit values of axial depth of cut in different tool and workpiece clamping are determined experimentally for two different spindle speeds. The results indicated a good agreement between the stability lobes diagram obtained by FDM method and the experimental limit values. In addition, the results showed that the torque of clamping tool and workpiece have effect on the boundary of the stability lobes, that is, the increase of torque clamping lead to increment of the minimum critical cutting depth and reduces amplitude of vibration in stable and unstable cases over determined time interval.