Abstract
Chatter phenomenon often occurs during end milling of thin-walled plate and becomes a common limitation to achieve high productivity and part quality. For the purpose of chatter avoidance, the optimal selection of the axial and radial depth of cut, which are decisive primary parameters in the maximum material removal rate, is required. This paper studies the machining stability in milling of the thin-walled plate and develops a threedimensional lobe diagram of the spindle speed, axial, and radial depth of cut. Through the three-dimensional lobe, it is possible to choose the appropriate cutting parameters according to the dynamic behavior of the chatter system. Moreover, this paper studies the maximum material removal rate at the condition of optimal pairs of the axial and radial depth of cutting
چکیده
پدیده چتر (chatter) اغلب در حین فرزکاری پایانی ورقه با دیواره نازک رخ می دهد و یک محدودیت رایج در دستیابی به بازدهی بالا و کیفیت قطعه است. به منظور اجتناب از چتر، انتخاب بهینه عمق شعاعی و محوری برش لازم است که پارامترهای اصلی تعیین کننده در ماکزیمم آهنگ حذف (برداشت) ماده می باشند. این مقاله به بررسی پایداری و ثبات ماشین کاری در فرزکاری صفحه با دیواره نازک می پردازد و یک نمودار لوب سه بعدی را از سرعت محور (گردان)، عمق شعاعی و محوری برش تولید می کند. از طریق لوب سه بعدی، انتخاب پارمترهای برش مناسب بر طبق رفتار دینامیکی سیستم چتر امکان پذیر خواهد بود. به علاوه، این مقاله به بررسی ماکزیمم آهنگ برداشت (جداسازی) ماده در شرایط جفت عمق های شعاعی و محوری بهینه در برش می پردازد.
1-مقدمه
با توسعه فناوری برش با سرعت بالا، بسیاری از قسمت های هواپیما از قطعات یکپارچه تساخته می شوند که تیغه ها و صفحات نازکی را تشکیل می دهند. به دلیل مساحت زیاد و استحکام کم، صفحات نازک همواره در فرآیندهای کنترل عددی فرزکاری پایانی، ماشین می شوند. در شرایط آهنگ برداشت بالا، فرزکاری صفحه نازک منجر به بروز مشکلات استاتیک و دینامیک فراوانی می گردد. مشکل دینامیکی عمده، ارتعاش خودانگیخته به نام چتر احیاکننده (regenerative chatter) است. به دلیل چتر احیاکننده، ضخامت برش با زمان تغییر می کند که نیروی برش دینامیکی را به وجود می آورد. بنابراین، چتر یکی از محدودیت های اصلی در بازدهی بالا و کیفیت قطعه حتی برای ماشین های فرزکار با دقت و سرعت بالاست.
در کارگاه ها، اپراتورهای ابزار ماشین اغلب پارامترهای برش پایسته را انتخاب می کنند تا از چتر جلوگیری شود. به علاوه، در برخی موارد، عملیات دستی دیگری لازم است تا علایم باقی مانده چتر را روی سطح قطعه پاک کند. بررسی های انجام شده روی چتر را می توان از دهه 1950 به توبیاس (1)، تلوستی و پولاسک (2) و مریت (3) نسبت داد که چتر احیاکننده را در برش عمودی توضیح دادند و تئوری لوب پایداری دوبعدی را به وجود آوردند. تئوری لوب پایداری دوبعدی به پایداری راه حل هایی برای سیستم های برش دینامیکی می پردازد که معمولا نشان دهنده سرعت محور گردان (spindle) و عمق محوری می باشد. به عنوان تابعی از این دو پارامتر برش، مرز بین یک برش پایدار (یعنی بدون چتر) و یک برش ناپایدار (یعنی با چتر) را می توان در نموداری به نام نمودار لوب های پایداری (SLD) مشاهده نمود. در میانه دهه 1990، آلتینتاس (4) فرمی تحلیلی از تئوری لوب پایداری را برای فرزکاری ارائه داد. هر دو این تئوری های لوب پایداری می توانند به انتخاب پارامترهای برش شامل سرعت محور و عمق محوری کمک نمایند تا از بروز چتر در فرآیندهای ماشین کاری اجتناب شود.
در فرزکاری پایانی صفحات نازک، به دلیل تغییر مکان برش، جرم و استحکام سیستم برش کاری و دیگر فاکتورها، گاهی اوقات نمودار دوبعدی لب پایداری برای توصیف پایداری سیستم چتر ، جامع نمی باشد. بنابراین، چندین تحقیق درباره نمودار دوبعدی لوب پایداری در سیستم چتر انجام گرفته است و برخی پیشرفت ها نظیر کار وینسنت تونوت و همکارانش (که تغییر رفتار دینامیکی قطعه را نسبت به مکان ابزار ارائه نمود تا شرایط برش بهینه در حین فرآیند ماشین کاری مشخص گردد) حاصل شده است...