Analiza drgań typu chatter w obróbce skrawaniem oraz metody

Andrzej Weremczuk
[email protected]
Politechnika Lubelska
Wydział Mechaniczny
Katedra Mechaniki Stosowanej
„Analiza drgań typu chatter w obróbce skrawaniem oraz metody
ich eliminacji”
Współczesna obróbka ubytkowa materiałów opiera się głównie na wykorzystaniu
specjalistycznych obrabiarek. Wykonuje się w ten sposób cały szereg zadań obróbkowych
z wykorzystaniem pojedynczej maszyny. Zalety tego typu obróbki mają naturę zarówno
technologiczną jak i ekonomiczną. W celu maksymalnego wykorzystania ich możliwości
celowe jest stosowanie podwyższonej prędkości obrotowej narzędzia oraz prędkości posuwu.
Jest to tzw. obróbka szybkościowa (z ang. HSM – High Speed Machining). Zwiększenie
obydwu tych parametrów powoduje znaczny wzrost wydajności prowadzonej obróbki.
Przekłada się to w istotny sposób na podniesienie efektywności i skrócenie czasu wykonania
elementów oraz zmniejszenie sił występujących w strefie skrawania. Dodatkowo dzięki
obróbce z dużymi prędkościami uzyskuje się lepszą dokładność wykonania przy mniejszej
ilości zabiegów. Przekłada się to również w istotny sposób na ekonomię obróbki. Szczególnie
trudne jest zwiększenie parametrów obróbki w przypadku materiałów trudnoobrabialnych
bądź obrabianych w stanie utwardzonym.
Obróbka nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych narzuca konieczność stosowania
coraz nowszych metod projektowania procesu technologicznego. Jedną z metod skrawania,
która jest obecnie stosowana jest obróbka szybkościowa. Dzięki temu uzyskuje się wyższą niż
przy obróbce tradycyjnej prędkość usuwania naddatku. Skutkiem tego jest znaczne skrócenie
czasu produkcji pojedynczego wyrobu, co przy produkcji seryjnej przekłada się na znaczące
oszczędności.
Często pojawiającym się problemem podczas obróbki skrawaniem są drgania
narzędzia i przedmiotu obrabianego. Szczególnie niebezpieczne są drgania samowzbudne
typu chatter. Wpływają bardzo niekorzystnie na przebieg procesu obróbczego oraz żywotność
obrabiarki i narzędzi. Powodują przyspieszone zużycie łożyskowania wrzeciona oraz szybsze
bądź destrukcyjne narzędzi. Utrudniają otrzymanie żądanej jakości powierzchni oraz
wywołują nadmierny hałas.
Zjawiskiem niekorzystnym często występującym w obróbce szybkościowej jest utrata
stabilności procesu powodująca powstawanie drgań. Szczególnie niekorzystne są drgania
samowzbudne typu chatter wywołane „regeneracją śladu”. Pojawienie się drgań tego typu
powoduje przede wszystkim znaczne pogorszenie wydajności procesu obróbki. Dodatkowo
następuje szybsze zużycie narzędzia i elementów napędowych obrabiarki, znaczne
pogorszenie jakości obrabianej powierzchni oraz zwiększenie natężenia hałasu. W skrajnych
przypadkach może dojść do zniszczenia narzędzia bądź powierzchni obrabianej.
Mając na uwadze powszechną tendencję do zwiększania prędkości skrawania podczas
obróbki, można dojść do wniosku, że dotychczas proponowane metody mają ograniczony
zakres stosowania lub nie mogą być w ogóle zastosowane. W związku z tym pojawia się
potrzeba poszukiwania nowych rozwiązań. Jednym z problemów, który nie został jeszcze w
pełni rozwiązany jest skuteczna eliminacja drgań typu chatter w szerszym niż dotychczas
zakresie.
W pracy doktorskiej podjęto temat opracowania metody eliminacji drgań podczas
obróbki skrawaniem. Opracowanie modelu matematycznego pozwoli na opis zjawisk
zachodzących w trakcie frezowania. Pozwoli to na redukcję drgań samowzbudnych, a tym
samym umożliwi stosowanie obróbki w wyższych zakresach prędkości. Pozwoli to na
podniesienie wydajności. Wyznaczone na podstawie modelu matematycznego optymalne
parametry frezowania zostaną zweryfikowane w praktyce przemysłowej. Poszukiwany będzie
model pozwalający na wyznaczenie najkrótszego czasu obróbki elementów z zachowaniem
lub poprawą ich jakości.
W swojej pracy doktorskiej podejmuję temat minimalizowania niekorzystnych drgań
towarzyszącym szybkościowej obróbce skrawaniem. Pozwali to na efektywniejsze
wykorzystanie zalet obróbki szybkościowej: dużej wydajności z zachowaniem wysokiej
jakości obrabianej powierzchni. Przedłoży się to bezpośrednio na znaczne skrócenie czasu
potrzebnego na uzyskanie produktu finalnego. Właściwe wdrożenie obróbki szybkościowej
prowadzi do znacznego obniżenia kosztów produkcji, z jednoczesnym zwiększeniem
elastyczności możliwości produkcyjnych.