XII. MAGYAR MECHANIKAI KONFERENCIA MaMeK, 2015 Miskolc, 2015. augusztus 25-27.



Hasonló dokumentumok
XII. MAGYAR MECHANIKAI KONFERENCIA MaMeK, 2015 Miskolc, augusztus SZÁN SZABÁLYOZÁSÁNAK HATÁSA AZ ESZTERGÁLÁS REGENERATÍV REZGÉSEIRE

SZILÁRDSÁGTAN A minimum teszt kérdései a gépészmérnöki szak egyetemi ágon tanuló hallgatói részére (2004/2005 tavaszi félév, szigorlat)

Szilárdságtan. Miskolci Egyetem GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR

5. ROBOTOK IRÁNYÍTÓ RENDSZERE Robotok belső adatfeldolgozásának struktúrája

18. előadás ÁLLANDÓ KÖLTSÉGEK ÉS A KÖLTSÉGGÖRBÉK

VASBETON LEMEZEK. Oktatási segédlet v1.0. Összeállította: Dr. Bódi István - Dr. Farkas György. Budapest, május hó

FÚRÁS SORÁN FELLÉPŐ NEMLINEÁRIS REZGÉS VIZSGÁLATA

10. OPTIMÁLÁSI LEHETŐSÉGEK A MŰVELET-ELEMEK TERVEZÉSEKOR

MEREVSZÁRNYÚ REPÜLŐGÉPEK VEZÉRSÍK-RENDSZEREINEK KIALAKÍTÁSA 3 REPÜLŐKÉPESSÉG

Előadó: Dr. Bukovics Ádám

Mechanika II. Szilárdságtan

Néhány érdekes függvényről és alkalmazásukról

Vasbetonszerkezetek II. STNA252

Lepárlás. 8. Lepárlás

Szerszámgépek. 1999/2000 II. félév Dr. Lipóth András által leadott anyagrész vázlata

Záró monitoring jelentés

Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

XII. MAGYAR MECHANIKAI KONFERENCIA MaMeK, 2015 Miskolc, augusztus GUMIKERÉK DINAMIKÁJÁNAK HATÁSA UTÁNFUTÓS JÁRMŰSZERELVÉNY STABILITÁSÁRA

A műszaki rezgéstan alapjai

Körmozgás és forgómozgás (Vázlat)

10.3. A MÁSODFOKÚ EGYENLET

Téma: A szerkezeti acélanyagok fajtái, jelölésük. Mechanikai tulajdonságok. Acélszerkezeti termékek. Keresztmetszeti jellemzők számítása

KÁOSZ EGY TÁLBAN Tóthné Juhász Tünde Karinthy Frigyes Gimnázium (Budapest) Gócz Éva Lónyai Utcai Református Gimnázium

Diplomamunka. Szabó Anett

BMEEOHSAT17 segédlet a BME Építőmérnöki Kar hallgatói részére. Az építész- és az építőmérnök képzés szerkezeti és tartalmi fejlesztése

Emberi ízületek tribológiája

13. Tárcsák számítása. 1. A felületszerkezetek. A felületszerkezetek típusai

Elektromágneses hullámok

Mikrohullámok vizsgálata. x o

3D Grafika+képszintézis

Feladatok GEFIT021B. 3 km

1. El szó. Kecskemét, február 23. K házi-kis Ambrus

Mikrohullámú aluláteresztő szűrők tápvonalas megvalósítása

3. MÉRETEZÉS, ELLENŐRZÉS STATIKUS TERHELÉS ESETÉN

III. FEJEZET FÜGGVÉNYEK ÉS TULAJDONSÁGAIK

ADDITÍV KONVOLÚCIÓS ÖSSZEGEK SPEKTRÁLIS FELBONTÁSA

Fizikai alapismeretek

Prizmás impulzuskompresszorok hômérsékleti stabilitásának modellezése

alkalmazott hő-h szimuláci

Kvartó elrendezésű hengerállvány végeselemes modellezése a síkkifekvési hibák kimutatása érdekében. PhD értekezés tézisei

2. OPTIKA 2.1. Elmélet Geometriai optika

MUNKAANYAG. Szabó László. Szilárdságtan. A követelménymodul megnevezése:

Az alkalmazott matematika tantárgy oktatásának sokszínűsége és módszertanának modernizálása az MSc képzésében

Széchenyi István Egyetem, 2005

Elméleti közgazdaságtan I.

4. sz. Füzet. A hibafa számszerű kiértékelése 2002.

Acélszerkezetek. 2. előadás

MECHANIKA-SZILÁRDSÁGTAN 12. hét gyakorlati anyaga (kidolgozta : dr. Nagy Zoltán egy.adjunktus, Bojtár Gergely egy.tanársegéd)

Gyakorló feladatok a Közönséges dierenciálegyenletek kurzushoz

A MIKROFÚRÓ SZERSZÁMOK ÁLLAPOTFELÜGYELETE

2008. év végére elkészült a csatorna felújítása, ezt követte 2009-ben a motor és a frekvenciaváltó üzembe helyezése.

Feszített vasbeton gerendatartó tervezése költségoptimumra

Seite 1. Térfogatalakító eljárások. Zömítés. Térfogatalakító eljárások. Prof. Dr. Tisza Miklós Miskolci Egyetem

A dolgozatot a négy érdemi fejezetben tárgyalt eredményeket tartalmazó 9 oldalas Összefoglalás ( o.) zárja le.

Erőátvitel tervezése. Tengelykapcsoló. Magdics G. (LuK Savaria) Trencséni B. (BME)

Légsebesség profil és légmennyiség mérése légcsatornában Hővisszanyerő áramlástechnikai ellenállásának mérése

Esettanulmány Evezőlapát anyagválasztás a Cambridge Engineering Selector programmal. Név: Neptun kód:

MAGYAR RÉZPIACI KÖZPONT Budapest, Pf. 62 Telefon , Fax

ACÉLÍVES (TH) ÜREGBIZTOSÍTÁS

9. Áramlástechnikai gépek üzemtana

Líneáris függvények. Definíció: Az f(x) = mx + b alakú függvényeket, ahol m 0, m, b R elsfokú függvényeknek nevezzük.

Mikroelektromechanikai szerkezetek szilárdsági és megbízhatósági vizsgálata

Polarizáció fogalma. A polarizált fény. A fluoreszcencia alapvető paraméterei. Elektromágneses hullámok. Polarizált fény, polarizáció

Előadó: Dr. Lakatos István Ph.D., egyetemi docens. Széchenyi István Egyetem, Győr. kerékteljes

Analízisfeladat-gyűjtemény IV.

Hazánkban jelentõs múlttal rendelkeznek a klasszikus tesztelméleti módszerekkel

2-17. ábra ábra. Analízis 1. r x = = R = (3)

Homogén anyageloszlású testek sűrűségét m tömegük és V térfogatuk hányadosa adja. ρ = m V.

REGULARIZÁLT INVERZ KARAKTERISZTIKÁKKAL

Funkcionálisan gradiens anyagszerkezetű kompozit görgő végeselemes vizsgálata

SZOLGÁLTATÁSI FOLYAMATOK LOGISZTIFIKÁLÁSÁNAK MATEMATIKAI MODELLJE MATHEMATICAL MODELL OF THE LOGISTIFICATION OF SERVICE FLOWS

2. ábra Soros RL- és soros RC-kör fázorábrája

VÉKONYLEMEZEK ELLENÁLLÁS-PONTKÖTÉSEINEK MINŐSÉGCENTRIKUS OPTIMALIZÁLÁSA

4. A FORGÁCSOLÁS ELMÉLETE. Az anyagleválasztás a munkadarab és szerszám viszonylagos elmozdulása révén valósul meg. A forgácsolási folyamat

PÉLDATÁR BEGYAKORLÓ FELADAT TÉRBELI FELADAT MEGOLDÁSA VÉGESELEM- MÓDSZERREL

3. KÉTTÁMASZÚ ÖSZVÉRGERENDÁK

S T A T I K A. Az összeállításban közremûködtek: Dr. Elter Pálné Dr. Kocsis Lászlo Dr. Ágoston György Molnár Zsolt

4. A GYÁRTÁS ÉS GYÁRTÓRENDSZER TERVEZÉSÉNEK ÁLTALÁNOS MODELLJE (Dudás Illés)

A közlekedés társadalmi költségei és azok általános és közlekedési módtól függő hazai sajátosságai

PhD Tézisfüzet. Forgácsolási folyamatok lokális és globális dinamikai viselkedése

PRÓBAMÉRÉSEK TEREPI KÖRÜLMÉNYEK KÖZÖTT KÖNNYŰ EJTŐSÚLYOS DINAMIKUS TERHELŐTÁRCSÁVAL

GEOMETRIAI OPTIKA - ÓRAI JEGYZET

A szárazmegmunkálás folyamatjellemzőinek és a megmunkált felület minőségének vizsgálata keményesztergálásnál

Villamos kapcsolókészülékek BMEVIVEA336

HYUNDAI BARKÁCS FÚRÓ- MARÓGÉP

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA

DELTA (Δ) ÉS DÉ (d) Hegedűs János Leőwey Klára Gimnázium, Pécs az ELTE Természettudományi Kar PhD hallgatója

Tevékenység: Olvassa el a fejezetet! Gyűjtse ki és jegyezze meg a ragasztás előnyeit és a hátrányait! VIDEO (A ragasztás ereje)

AutoN cr. Automatikus Kihajlási Hossz számítás AxisVM-ben. elméleti háttér és szemléltető példák február

LINDAB Floor könnyűszerkezetes födém-rendszer Tervezési útmutató teherbírási táblázatok

EGY KERESZTPOLARIZÁCIÓS JELENSÉG BEMUTATÁSA FIZIKAI HALLGATÓI LABORATÓRIUMBAN

Dekonvolúció, Spike dekonvolúció. Konvolúciós föld model

86 MAM112M előadásjegyzet, 2008/2009

GÉPÉSZETI ALAPISMERETEK

ÖNMETSZŐ CSAVARKÖTÉSEK FEJLESZTÉSE

FORGÓRÉSZ DINAMIKUS KIEGYENSÚLYOZÁSA I. Laboratóriumi gyakorlat elméleti útmutató

Visszatérítő nyomaték és visszatérítő kar

10. Valószínűségszámítás

HELYSZÍN: RAMADA RESORT AQUAWORLD BUDAPEST IDÔPONT: OKTÓBER 27. REGISZTRÁCIÓ: HUNGARY.NI.COM/NIDAYS

Akuszto-optikai fénydiffrakció

Átírás:

XII. MAGYAR MECHANIKAI KONFERENCIA MaMeK, 215 Miskolc, 215. augusztus 25-27. MARÁSI FOLYAMAT STABILITÁSA A SZERSZÁMÉLEN MEGOSZLÓ ÁLLANDÓ INTENZITÁSÚ FORGÁCSOLÓ ERŐRENDSZER ESETÉN Molnár Tamás G. 1, Insperger Tamás 2 1,2 BME, Műszaki Mechanikai Tanszék 1111, Budapest, Műegetem rkp. 5. molnar@mm.bme.hu, insperger@mm.bme.hu Absztrakt: A regeneratív szerszámgéprezgések elméletét alkalmazzuk csavart élű marószerszámmal történő megmunkálás stabilitás vizsgálata során két szabadságfokú modellt feltételezve. A forgácsolóerőt szerszámél mentén állandó intenzitással megoszló erőrendszer eredőjeként modellezzük. Ezáltal eg rövid, periodikusan változó, megoszló időkésés jelenik meg a rendszer egenletében a regeneratív időkésés mellett. E megoszló időkésés jelentősen befolásolja a rendszer stabilitását alacson fordulatszámok esetén, ezt rövid regeneratív hatásnak nevezzük. A rövid regeneratív hatás foltán a marási folamat stabilitási határaiban bekövetkező változásokat a szemi-diszkretizáció módszere segítségével vizsgáljuk. Megmutatjuk, hog a rövid regeneratív hatás miatt a stabilitási határok magasabb fogásmélség értékek felé tolódnak el alacson fordulatszámok esetén. Ezt a jelenséget a szakirodalomban általában az ún. folamat csillapítás (process damping) hatásnak tulajdonítják. Megmutatjuk továbbá, hog a szerszámél mentén állandó intenzitással megoszló erőrendszert feltételezve alacson fordulatszámokon csúcsok jelennek meg a stabilitási határok alsó burkolóján. Kulcsszavak: marás, késleltetett differenciálegenlet, megoszló időkésés, stabilitás 1. BEVEZETÉS A megmunkálási folamatok dinamikai modellezése több évtizede megjelent és azóta is tárgalt probléma. A modellezés célja a megmunkálás közben fellépő rezgések fizikai okainak megismerése. Ezáltal lehetségessé válik a szerszámgéprezgések csillapítása vag elkerülése, mel igen fontos a gártás során, hiszen e rezgések rontják a megmunkált felület minőségét, csökkentik a gép termelőképességét, zajt okoznak, sőt kárt is tehetnek a szerszámban és a munkadarabban. A szerszámgéprezgések hatékon modellezése tehát fontos kutatási terület. Az egik legelterjedtebb elmélet, mel magarázatul szolgál a rezgések kialakulására, az ún. regeneratív szerszámgéprezgések elmélete [1, 2]. Ez alapján a szerszám mozgását az előző vágás során érvénes pozíciója is meghatározza, íg a szerszámgéprezgések késleltetett differenciálegenletek segítségével írhatók le. Az elméletet számos különböző típusú megmunkálási folamat leírására alkalmazták. Jelen cikk során marási folamatokat fogunk vizsgálni, és a [3] és [4] munkákban bevezetett modelleket terjesztjük ki. Azaz a [4] könvben leírt két szabadságfokú marási modellt vizsgáljuk csavart élű szerszámot feltételezve. A marószerszám eges élein ható forgácsolóerő komponenseket pedig a [3] cikkben bevezetett módszer alapján eg megoszló erőrendszer eredőjeként modellezzük. A forgácsolóerőt meghatározva levezetjük a rendszer mozgásegenletét, majd ezen egenlet numerikus módszerrel (szemi-diszkretizációval) történő stabilitásvizsgálata által ábrázoljuk a rendszer stabilitási térképét a marószerszám fordulatszámának és az axiális fogásmélségnek a síkján. E stabilitási térképek alapján a szerszámgéprezgésektől mentes megmunkálás technológiai paraméterei megválaszthatók. 2. MECHANIKAI MODELL Mivel a megmunkáló berendezés legrugalmasabb része általában maga a szerszám, a marási folamatok során féllépő rezgések modellezésekor tekintsük a munkadarabot merevnek és a szerszámot rugalmasnak. A marószerszámot befogott rúdként modellezve legegszerűbb közelítésként eg két szabadságfokú mechanikai modellhez jutunk. A modell az 1. ábrán látható. Íg a marószerszám mozgásegenlete az alábbi alakban írható fel: M q(t) + C q(t) + Kq(t) = F(t), (1) ahol q(t) = [ ] [ ] x(t) Fx (t), F(t) = (t) F (t) (2)

feed m c F Ω F x k (t) p c k x x x (t) p η ξ x z a p Ω β l p v -l -σ s θ 1. ábra. Két szabadságfokú marási modell. az általános koordináták és a forgácsolóerő vektora, a M, C and K menniségek pedig a modális tömeg, csillapítási és merevségi mátrixokat jelölik. Az 1. ábrán bemutatott csavart élű szerszámot feltételezve a F x (t) és F (t) forgácsolóerő komponenseket úg számíthatjuk, hog axiális iránban dz magasságú elemi részekre osztjuk a szerszámot és az ezeken ható df x (t, z) és df (t, z) elemi forgácsolóerőket integráljuk a teljes a p az axiális fogásmélség mentén: F x (t) = F (t) = Fx(t,a p) F x(t,) F(t,a p) F (t,) df x (t, z), df (t, z). (3) Az elemi forgácsolóerő komponenseket pedig eg N élű szerszám esetén a j = 1, 2,..., N indexekkel ellátott szerszáméleken ható erők összegeként kapjuk, df x (t) = df (t) = df j,x (t, z), df j, (t, z). (4) A forgácsolóerőt a szerszámél mentén állandó intenzitással megoszló erőrendszer eredőjeként modellezzük. A megoszló erő a forgács és a szerszámél találkozásánál levő érintkezési felületen hat. Az érintkezési felület j-edik szerszámélen és z axiális fogásmélségnél érvénes hossza időben periodikusan változik. Ennek oka az, hog marási folamatok esetén a megmunkálás megszakított jellegű: a szerszám minden fordulatánál az eges szerszámélek belépnek a munkadarabba és később el is hagják azt. Anagba lépéskor a forgács fokozatosan felcsúszik a szerszámél mentén, kialakul a érintkezési felület, majd ahog a szerszámél elhagja az anagot az érintkezési felület megszűnik. Tehát modellünk szerint az érintkezési hossz zérus, amíg a szerszámél a munkadarabon kívül van, lineárisan növekszik az anagba való belépés pillanatát követően, majd eg maximális l érték elérése után állandó marad az anagból való kilépésig, ld. 2. ábra. A szerszám D átmérője, a j-edik szerszámél z axiális fogásmélségnél érvénes ϕ j (t, z) szögelfordulása, valamint a ϕ en és ϕ ex be- és kilépési szögek segítségével tehát az alábbi függvén írható fel az érintkezési hossz meghatározására: ha (ϕ j (t, z) mod 2π) < ϕ en or ϕ ex < (ϕ j (t, z) mod 2π), D = 2 [(ϕ j(t, z) mod 2π) ϕ en ] ha ϕ en (ϕ j (t, z) mod 2π) < ϕ en + l 2 D, (5) l ha ϕ en + l 2 D (ϕ j(t, z) mod 2π) ϕ ex, ahol mod a modulo függvén. A ϕ j (t, z) szögelfordulás pedig a fordulat/percben mért Ω fordulatszám segítségével írható fel, ϕ j (t, z) = 2πΩ t + (j 1)2π Ψ(z), (6) 6 N

l (t,z) j σ (t,z) j l σ l σ j=2 l σ j=3 τ τ ϕ ϕ 2π ex en Nτ σ Nτ t t t 2. ábra. A szerszámél és forgács közötti érintkezési hossz, illetve az ennek megfelelő rövid időkésés időbeli változása a különböző szerszámélek esetén. ahol Ψ(z) a szerszámél elcsavarodási szöge, mel az 1. ábrán jelölt β szög, illetve az l p menetemelkedés segítségével kifejezhető: Ψ(z) = 2z tan β D Elleniránú marást feltételezve a be és kilépési szögek pedig ϕ en =, ϕ ex = arccos = z 2π Nl p. (7) ( 1 2a ) e, (8) D ahol a e a radiális fogásmélség. A forgácsolóerő komponenseket tehát az méretű érintkezési felületen megoszló P j,x (t, z, s) és P j, (t, z, s) erőrendszer eredőjeként modellezhetjük. A 1. ábrán látható módon felvett s [, ] érintkezési felület mentén végigfutó lokális koordináta segítségével a forgácsolóerő számítása az alábbi integrállal történik: df j,x (t, z) = P j,x (t, z, s)ds, df j, (t, z) = l j(t,z) l j(t,z) P j, (t, z, s)ds. (9) Jelen tanulmánban azt feltételezzük, hog a forgácsolóerő állandó intenzitással oszlik meg a szerszámél mentén ideális, azaz szerszámgéprezgésektől mentes forgácsolás esetén. Ekkor a h j (t, z) forgácsvastagság az érintkezési felület mentén nem változik (s-től független), íg a megoszló erő intenzitása pedig a forgácsolóerő és az érintkezési hossz hánadosaként számítható: P j,x (t, z, s) df j,x(t, z) P j, (t, z, s) df j,(t, z),. (1) Szerszámgéprezgések kialakulása során azonban a szerszám hullámos felületet hag maga után, íg a h j (t, z, s) forgácsvastagság nem lesz állandó az érintkezési felület mentén (függ s-től). Íg valójában a megoszló erő sem tekinthető állandó intenzitásúnak, nagságát az érintkezési felület eg adott pontján az ott érvénes h j (t, z, s)

forgácsvastagság szerint számíthatjuk, azaz P j,x (t, z, s) = df j,x T (t, z, s), P j, (t, z, s) = df j, T (t, z, s), (11) ahol dfj,x T (t, z, s) és df j, T (t, z, s) az eges forgácsolóerő komponensek nagsága az érintkezési felület megfelelő pontján érvénes h j (t, z, s) forgácsvastagsággal számítva. A dfj,x T (t, z, s) és df j, T (t, z, s) erőkomponensek a forgácsvastagság ismeretében például a Talor által bevezetett ún. háromnegedes szabál segítségével számíthatók [5]. Először alakítsuk át később jobban kezelhető formára a forgácsolóerő kifejezését, és a szerszámél menti térbeli leírás helett határozzuk meg, hog változik a forgácsolóerő időben, ahog a forgács végighalad az érintkezési felület mentén. Ha a forgácsolás állandó Ω fordulatszám mellett történik, feltételezhetjük, hog a forgács az állandó v = DπΩ/6 vágási sebességgel a csúszik végig az érintkezési felület mentén. Íg bevezethetjük az s lokális térbeli koordináta helett a θ = s/v lokális időkoordinátát, mel megadja, hog menni idő alatt jut el a forgács adott pontja a szerszámcsúcstól az s koordinátájú pontig. Azaz a lokális időkoordináta a θ [ σ j (t, z), ] tartománban változik, σ j (t, z) = /v. Az (5) egenlet alapján kifejezhető a σ j (t, z) idő, mel alatt a forgács eg pontja végigcsúszik az hosszúságú érintkezési felületen: ha (ϕ j (t, z) mod 2π) < ϕ en or ϕ ex < (ϕ j (t, z) mod 2π), (ϕ j (t, z) mod 2π) ϕ en σ j (t, z) = ha ϕ en (ϕ j (t, z) mod 2π) < ϕ en + σ2πω/6, (12) 2πΩ/6 σ ha ϕ en + σ2πω/6 (ϕ j (t, z) mod 2π) ϕ ex, ahol σ = l/v. A σ j (t, z) időfüggvént a 2. ábra szemlélteti. Íg a forgácsolóerő térbeli leírása áttranszformálható időbe, azaz a (9) és (11) egenletek az alábbi formában írhatók fel: df j,x (t, z) = df j, (t, z) = df T j,x dfj, T (t, z, θ) dθ, σ j (t, z) (t, z, θ) dθ. (13) σ j (t, z) A dfj,x T (t, z, θ) és df j, T (t, z, θ) forgácsolóerő komponensek nagságát mérések által előállított empirikus formulák segítségével határozhatjuk meg. E formulák megmutatják a forgácsolóerő főbb technológiai paraméterektől (előtolástól, vágási sebességtől, axiális fogásmélségtől) való függését. A mérések során azonban általában tangenciális és radiális iránú forgácsolóerő komponensek határozhatók meg. Ezért felbontjuk a dfj,x T (t, z, θ) és (t, z, θ) menniségeket tangenciális és radiális összetevőkre, azaz df T j, df T j,x(t, z, θ) =df T j,t(t, z, θ) cos ϕ j (t, z) + df T j,r(t, z, θ) sin ϕ j (t, z), df T j,(t, z, θ) = df T j,t(t, z, θ) sin ϕ j (t, z) + df T j,r(t, z, θ) cos ϕ j (t, z), (14) ahol a t és r indexek a tangenciális és radiális iránt jelölik. A Talor [5] által bevezetett háromnegedes szabál értelmében a forgácsolóerő az alábbi alakban fejezhető ki a technológiai paraméterek függvénében: dfj,t(t, T z, θ) =g j (t, z)k t h q j (t, z, θ)dz, dfj,r(t, T z, θ) =g j (t, z)k r h q j (t, z, θ)dz, (15) ahol K t és K r jelölik a forgácsolóerő mérésekor meghatározott tangenciális és radiális vágási ténezőket, q pedig szintén mérési konstans, értéke jellemzően q = 3/4. A g j (t, z) függvén megadja, hog a vizsgált elemi szerszámél szegmens éppen végez-e forgácsolást vag anagon kívül mozog, { 1 ha ϕen < (ϕ g j (t, z) = j (t, z) mod 2π) < ϕ ex, (16) egébként. Íg a (3)-(4) és (13)-(15) egenleteket felhasználva megkapjuk a forgácsolóerő kifejezését, ap F x (t) = g j (t, z) σ j (t, z) hq j (t, z, θ) [K t cos ϕ j (t, z) + K r sin ϕ j (t, z)] dθ dz, F (t) = ap g j (t, z) σ j (t, z) hq j (t, z, θ) [ K t sin ϕ j (t, z) + K r cos ϕ j (t, z)] dθ dz. (17)

Emellett σ j (t, z) = esetén (amikor egúttal g j (t, z) = ) a forgácsolóerőt zérusnak tekintjük, ekkor F x (t) =, F (t) =. A (17) egenletben kapott forgácsolóerő a szerszám mozgására gerjesztőerőként hat. Amenniben a szerszám elkezd rezegni, akkor az hullámos felületet hag maga után. A következő vágás során e hullámos felület befolásolja a forgácsvastagságot és íg a forgácsolóerőt is. Emiatt a szerszámgéprezgések öngerjesztés útján erősödhetnek, a szerszám mozgását leíró egenletekben pedig időkésés jelenik meg [1, 2]. Ez jól látszik, ha felírjuk a forgácsvastagság kifejezését, mel a szerszám aktuális és az előző vágás során érvénes pozíciójától függ. A szerszámpálát körívvel közelítve és a fogankénti előtolást f z -vel jelölve a forgácsvastagság kifejezése a következő: h j (t, z, θ) = [f z + x(t τ + θ) x(t + θ)] sin ϕ j (t, z) + [(t τ + θ) (t + θ)] cos ϕ j (t, z), (18) ahol τ = 6/(NΩ) a fogkövetési periódus. Az (17) és (18) egenleteket az (1) mozgásegenletbe visszaírva eg nemlineáris, periodikus egütthatójú, késleltetett differenciálegenletet kapunk. Az egenletben szerepel eg τ pont időkésés, melet regeneratív időkésésnek nevezünk. Ezenkívül megjelenik eg maximum σ hosszúságú megoszló időkésés. A két időkésés arána ε = σ/τ = N l/(dπ) a maximális érintkezési hossz és az egmást követő fogak közötti ívhossz aránával egezik meg. Mivel ez az arán jellemzően kicsi, ezért a σ paramétert rövid regeneratív időkésésnek nevezzük. A kapott mozgásegenletnek létezik eg q p (t) = [x p (t) p (t)] T periodikus megoldása, q p (t) = q p (t + τ), mel az ideális, szerszámgéprezgésektől mentes megmunkálási állapotot reprezentálja [4]. Szerszámgéprezgés esetén a mozgásegenlet megoldását a periodikus megoldás és eg szerszámgéprezgést leíró ɛ(t) = [ξ(t) η(t)] T perturbáció összegeként adhatjuk meg: q(t) = q p (t)+ɛ(t). Ezt a mozgásegenletbe helettesítve és az egenletet q p (t) körül linearizálva az alábbi egenlethez jutunk: ap M ɛ(t) + C ɛ(t) + Kɛ(t) = G j (t, z) [ɛ(t τ + θ) ɛ(t + θ)] dθ dz, (19) ahol G j (t, z) = [ Gj,xx (t, z) ] G j,x (t, z) G j,x (t, z) G j, (t, z) (2) eg τ-periodikus egüttható mátrix, melnek elemei: G j,xx (t, z) = [K t cos ϕ j (t, z) + K r sin ϕ j (t, z)] g j(t, z) z q sin q 1 ϕ j (t, z) sin ϕ j (t, z), G j,x (t, z) = [K t cos ϕ j (t, z) + K r sin ϕ j (t, z)] g j(t, z) z q sin q 1 ϕ j (t, z) cos ϕ j (t, z), G j,x (t, z) = [ K t sin ϕ j (t, z) + K r cos ϕ j (t, z)] g j(t, z) z q sin q 1 ϕ j (t, z) sin ϕ j (t, z), G j, (t, z) = [ K t sin ϕ j (t, z) + K r cos ϕ j (t, z)] g j(t, z) z q sin q 1 ϕ j (t, z) cos ϕ j (t, z). (21) 3. STABILITÁSI TÉRKÉPEK Mivel a szerszámgéprezgéseket leíró (19) egenlet eg lineáris, periodikus egütthatójú és időkésésű késleltetett differenciál egenlet, a stabilitásvizsgálat elvégzésére jól alkalmazható a [6] által bevezetett szemi-diszkretizáció. A módszer lénege, hog az időkéséses tagot, a periodikus egütthatókat és a periodikusan változó időkésést szakaszonként konstans függvénnel helettesítve időlépésről időlépésre megoldjuk a differenciálegenletet. E megoldás által az eges időlépésekben érvénes rendszerállapotok között felírható eg diszkrét leképezés. A rendszer τ periódusa alatt érvénes leképezések sorozata által létrehozható a rendszer főmátrixa, melnek a sajátértékei meghatározzák a rendszer stabilitását. A módszer részleteit, a hatékon numerikus implementálás főbb szempontjait [4] tartalmazza, itt nem részletezzük azokat. A stabilitásvizsgálat eredménét stabilitási térképek formájában ábrázolhatjuk, amel az Ω fordulatszám és az a p axiális fogásmélség síkján mutatja a rendszer stabilitási határait. Ezáltal a szerszámgéprezgéstől mentes megmunkáláshoz tartozó paramétertartománok meghatározhatók, a fordulatszám és axiális fogásmélség paraméterek pedig a kívánt anagleválasztási sebesség függvénében megválaszthatók. A kapott stabilitási térképek a 3. ábrán láthatók, ahol 4 2 pontban határoztuk meg a rendszer stabilitását a szemi-diszkretizáció segítségével. E példában eg négélű (N = 4) és l p = 15 mm menetemelkedésű marószerszámmal végzett megmunkálást vizsgáltunk a e /D =.2 radiális fogásmélség esetén. A modális tömeg-,

a p [mm] a p [mm] a p [mm] 3 2.5 2 1.5 1.5 3 2.5 2 1.5 1.5 3 2.5 2 1.5 1.5 ε=.1 ε=.2 ε=.5 ε=.1 ε=.2 ε=.3 ε=.4 ε=.5 ε=.6 2 4 6 8 1 12 14 2 4 6 8 1 12 14 2 4 6 8 1 12 14 Ω [krpm] Ω [krpm] Ω [krpm] 3. ábra. A vizsgált két szabadságfokú marási modell stabilitási térképei különböző maximális érintkezési hossz értékek feltételezésével. csillapítási és merevségi mátrixok feltételezett értéke [ ] [ ].4 8 Ns M = kg, C =.4 8 m, K = [ 13 ] kn 13 m. E szimmetrikus mátrixokhoz tartozó csillapítatlan sajátfrekvencia f n = 97 Hz, a csillapítási ténező pedig ζ =.18. Továbbá feltételeztük, hog a forgácsolóerő karakterisztika a háromnegedes szabált (q = 3/4) követi, a tangenciális és radiális vágási ténezők értéke pedig K t = 17 1 6 N/m 1+q és K r = 4 1 6 N/m 1+q. A fogankénti előtolást f z =.1 mm értékűnek feltételezve a linearizált vágási ténezők K t qf q 1 z = 8 1 6 N/m 2 és K r qf q 1 z = 3 1 6 N/m 2. A 3. ábrán látható stabilitási térkép sorozat különböző térképein a forgács és szerszámél közötti érintkezési felület maximális l hosszát változtattuk. Az l érintkezési hossz és a Dπ/N ívhossz arána (amel egben a σ és τ időkésések arána is) rendre ε =.1,.2,.5.1,.2,.3,.4,.5 és.6. A gakorlatban ε >.2 általában nem fordul elő, ekkora nagságú érintkezési hossz nem alakul ki. Azonban nag ε értékekre kapott stabilitási térképeket is ábrázolva a rövid regeneratív hatás által okozott változások jól megfigelhetők. A 3. ábra első két stabilitási térképe a koncentrált forgácsolóerő esetén érvénes stabilitási határgörbéket közelíti. A koncentrált forgácsolóerő az állandó intenzitással megoszló erőrendszer speciális esetének is tekinthető, amikor az érintkezési felület hossza nullához tart, azaz ennek megfelelőlen ε. A nagobb érintkezési felületekhez (ε.5) tartozó stabilitási térképek esetén látható, hog a forgácsolóerőt koncentrált erő helett megoszló erőrendszer segítségével modellezve az alacson fordulatszámhoz tartozó stabilitási határok kedvező módon magasabb axiális fogásmélség értékek felé tolódnak el ahog az érintkezési felület növekszik. A stabilitási határok alacson fordulatszámon történő eltolódását kísérletekben is megfigelték. A jelenség magarázatára különböző elméletek születtek, ezek közül legismertebb az ún. folamat csillapítás (process damping) hatás, mel figelembe veszi a szerszám hátlapjának és a munkadarab hullámos felületének érintkezése során a hátlapon ébredő erőt is [7, 8, 9]. Ezáltal eg fordulatszámmal fordítottan arános csillapítóerő jelenik meg a rendszer mozgásegenletében, mel a stabil terület növekedéséhez vezet alacson fordulatszámok esetén. Hasonló

csillapítóerő komponens jelenik meg a mozgásegenletben, ha a forgácsolóerő kiszámításánál a (18) forgácsvastagság helett annak a szerszámcsúcs sebességére vett merőleges vetületét használjuk fel [1]. E modell is eg fordulatszámmal fordítottan arános csillapítóerőhöz vezet. A 3. ábra alapján azonban látható, hog a stabilitási határok alacson fordulatszámokon történő eltolódása azáltal is magarázható, hog a forgácsolóerőt szerszámcsúcsnál ható koncentrált erő helett eg szerszámél mentén megoszló erőrendszer eredőjeként modellezzük, azaz az ún. rövid regeneratív hatást figelembe vesszük. A folamat csillapítással ellentétben a rövid regeneratív hatás azonban a magasabb fordulatszámokon érvénes stabilitási határokat is befolásolja. Látható, hog a legnagobb ábrázolt fordulatszámokhoz tartozó stabilitási határgörbék a rövid regeneratív hatás miatt kis mértékben, de módosulnak. Emellett szerszámél mentén állandó intenzitással megoszló erőrendszert feltételezve alacson fordulatszámokon csúcsok jelennek meg a stabilitási határok piros vonallal jelölt alsó burkolóján. E csúcsok a koncentrált forgácsolóerő modellt feltételezve, illetve pusztán a folamat csillapítás figelembe vételével nem mutatkoznak. A csúcsok kis érintkezési felület, azaz ε.2 esetén NΩ/(6f n ) = ε, ε/2, ε/3,... dimenziótlan fordulatszámoknál helezkednek el. Az ehhez tartozó Ω fordulatszámokat a 3. ábrán függőleges vonalakkal jelöltük. Az NΩ/(6f n ) = ε, ε/2, ε/3,... összefüggés a burkoló csúcsainak helzetére eg szabadságfokú esztergálási modell esetén analitikusan is kiszámítható [11]. 4. ÖSSZEFOGLALÁS Jelen tanulmánban eg két szabadságfokú marási modell stabilitását vizsgáltuk a szemi-diszkretizáció módszerének segítségével. A forgácsolóerőt szerszámél mentén állandó intenzitással megoszló erőrendszer eredőjeként modelleztük. Íg szerszám mozgását eg késleltetett differenciálegenlet írja le, melben a regeneratív pont időkéséshez eg periodikusan változó hosszúságú megoszló időkésés adódik. Ugan a megoszló időkésés a regeneratív időkéséshez képest kicsi, a rendszer stabilitását jelentősen befolásolhatja, melet rövid regeneratív hatásnak nevezzük. Megmutattuk, hog az ún. folamat csillapításhoz hasonlóan a rövid regeneratív hatás figelembe vételével magarázható az a jelenség, hog a stabilitási határok magasabb fogásmélség értékek felé tolódnak el alacson fordulatszámok esetén. Uganakkor a rövid regeneratív hatás miatt magasabb fordulatszámokon változhat a rendszer stabilitása, illetve további csúcsok jelennek meg a stabilitási határok alsó burkológörbéjén. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Az ezekhez az eredménekhez vezető kutatás az Európai Kutatási Tanács (ERC) részéről, az Európai Közösség hetedik keretprogramjából (27-213), az EKT 34889 sz. haladó kutatási támogatási megállapodása (Advanced Grant Agreement) valamint a K15433 sz. OTKA projekt alapján finanszírozásban részesült. HIVATKOZÁSOK [1] S. A. TOBIAS, W. FISHWICK. Theor of regenerative machine tool chatter. The Engineer, 199-23, 238-239, 1958. [2] J. TLUSTY, M. POLACEK. The stabilit of the machine tool against self-excited vibration in machining. ASME Production Engineering Research Conference, Pittsburgh, 454-465, 1963. [3] G. STÉPÁN. Dela-differential equation models for machine tool chatter. In F. C. Moon (Ed.), Nonlinear Dnamics of Material Processing and Manufacturing, 165-192. John Wile and Sons, New York, 1998. [4] T. INSPERGER, G. STÉPÁN. Semi-discretization for time-dela sstems - stabilit and engineering applications. Springer, New York, 211. [5] F. W. TAYLOR. On the art of cutting metals. American Societ of Mechanical Engineers, New York, 197. [6] T. INSPERGER, G. STÉPÁN. Semi-discretization method for delaed sstems. International Journal of Numerical Methods in Engineering, 55(5):53-518, 22. [7] B. E. CLANCY, Y. C. SHIN. A comprehensive chatter prediction model for face turning operation including tool wear effect. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 42(9):135-144, 22. [8] K. AHMADI, F. ISMAIL. Experimental investigation of process damping nonlinearit in machining chatter. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 5(11):16-114, 21. [9] Y. SHI, F. MAHR, U. VON WAGNER, E. UHLMANN. frequencies of micromilling processes: Influencing factors and online detection via piezoactuators. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 56:1-16, 212. [1] Y. ALTINTAS. Manufacturing Automation - Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations and CNC Design, Second Edition. Cambridge Universit Press, Cambridge, 212. [11] T. G. MOLNÁR. Analsis of the short regenerative effect for milling processes. Master s thesis, Universit of Bristol (UK) and Budapest Universit of Technolog and Economics (Hungar), 215.