Megszakított esztergálás stabilitásvizsgálata változó fordulatszám alkalmazása mellett

Stability analysis of interrupted turning with variable speed

Abstract

Self-excited vibrations (chatter) arising during turning processes significantly deteriorate machining quality and limit the feasible range of technological parameters. Spindle Speed Variation (SSV) is an effective stabilization technique; however, in interrupted cutting operations the process stability strongly depends on the phase difference between the spindle speed modulation and the groove geometry of the workpiece. Since this phase relationship is typically uncontrolled in practical applications, reliable process evaluation requires a robust stability analysis. This paper presents the development of an experimental measurement system that enables dynamic characterization of the tool-workpiece system, measurement of cutting forces, and the simultaneous investigation of vibrations and variable spindle speed. The desired spindle speed modulation is implemented through speed control with load compensation. Experimental results highlight the significance of the phase-dependent stabilizing effect of SSV. At the same time, only limited agreement is observed between the measured stability regions and numerical simulations. These findings reveal the limitations of simplified dynamic models and support the necessity of robust stability approaches in interrupted turning processes.

Kivonat

Az esztergálási folyamatok során fellépő öngerjesztett rezgések (chatter) jelentősen rontják a megmunkálás minőségét és korlátozzák a technológiai paraméterek megválasztását. A változó fordulatszámú megmunkálás (SSV) hatékony stabilizáló módszer, azonban megszakított forgácsolás esetén alkalmazva a folyamat stabilitása a fordulatszám-moduláció és a munkadarab horonygeometriája közötti fáziskülönbségtől is erősen függ. Mivel ez a fázis a gyakorlatban nem szabályozott, a folyamat értékelése robusztus stabilitásvizsgálatot igényel. A cikk bemutatja egy kísérleti mérőrendszer kialakítását, amely lehetővé teszi a szerszám-munkadarab rendszer dinamikai jellemzését, a forgácsolóerők mérését, valamint a rezgések és a változó fordulatszám egyidejű vizsgálatát. A kívánt fordulatszám-moduláció megvalósítására fordulatszám-vezérlés került alkalmazásra terheléskompenzációval.
A kísérleti vizsgálatok rávilágítanak az SSV fázisfüggő stabilizáló hatásának jelentőségére, ugyanakkor a mért stabilitási tartományok és a numerikus szimulációk között csak korlátozott egyezés figyelhető meg. Ez rámutat a leegyszerűsített dinamikai modell korlátaira, és alátámasztja a robusztus stabilitási megközelítés szükségességét megszakított esztergálás esetén.