مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

پیاده‌سازی روش پسخور مستقیم سرعت با استفاده از عملگر دینامیکی فعال به منظور کاهش ارتعاشات ابزار داخل‌تراش

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
2 فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
چکیده
در حوزه ماشین‌کاری و فلزکاری، ابزارهای داخل­تراش نقش مهمی در ایجاد سوراخ‌های دقیق و دستیابی به صافی‌های سطح مورد نظر دارند. ارتعاشات ابزار برش همواره سبب بروز محدودیت در تولید می گردد؛ چرا که این ارتعاشات نه تنها کیفیت سطوح ماشین­کاری شده را کاهش می ­دهد بلکه طول عمر ابزار را نیز به خطر می ­اندازد و باعث سایش بیش از حد و کاهش بهره ­وری کلی سیستم می­ شوند. روش ­های متعددی اعم از روش ­های کنترل غیرفعال و فعال به منظور کاهش این ارتعاشات ارائه شده ­است؛ اگرچه روش­ های کنترل غیرفعال ارتعاشات همواره پایدار هستند، ولی دارای عملکرد محدود و وابسته به شرایط ماشین­کاری می ­باشند. کنترل پسخور مستقیم سرعت یک روش کنترل فعال با حجم محاسباتی پایین و قابلیت بالا در افزایش عملکرد ابزار برشی راه­ حل موثری برای کاهش ارتعاشات ابزار داخل تراش می ­باشد. از آن­ جایی که ماهیت این روش دارای حجم محاسباتی پایین است، می ­توان جهت پیاده ­سازی آن از یک بستر سخت افزاری ارزان قیمت استفاده کرد و هزینه ­های کنترل و راه ­اندازی ابزار داخل ­تراش را کاهش داد. در این پژوهش روش پسخور مستقیم سرعت به وسیله شتاب­ سنج دیجیتال Adxl345 و برد آردوینو Due پیاده­ سازی و با استفاده از یک جاذب دینامیکی فعال ارتعاشات ناشی از هرگونه تحریک ضربه میرا شده­ و با حالت بدون جاذب دینامیکی مقایسه شده­ است. همچنین با افزایش ولتاژ خروجی از کنترلر میزان افزایش در توانایی میرایی عملگر مورد بررسی قرار گرفته ­است که در نتیجه آن 64 درصد کاهش در زمان نشست و 65 درصد بهبود در دامنه تبدیل فوریه ارتعاشات ابزار حاصل شد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Implementation of direct velocity feedback using the active dynamic actuator in order to reducing chatter vibration in boring

نویسندگان English

Maryam Fatemian 1
Nahid Zabih Hosseinian 2
Behnam Motakef Imani 3
1 MSc Student, Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 MSc Graduate, Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
3 Professor, Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده English

In machining processes, boring bars play a significant role in manufacturing precise holes with desired surface smoothness. Vibrations of cutting tools mostly pose limitations in production. These limitations are attributed not only to the degradation of the quality of the machined surface but also decreases the tool's lifespan. Various methods, including passive and active vibration control methods, have been proposed to reduce these vibrations. The passive vibration control methods are stable, however their performance is limited with dependency on machining conditions. Direct velocity feedback control (DVFC) is an active control method in which a low computational amount is required with high adaptability to improve the performance of boring bar while reducing the vibration. Since the nature of this method has a low computational volume, a low cost hardware platform can be used for its implementation and the costs related to the control and operation of the tool inside the lathe can be reduced. In this paper, direct velocity feedback is applied with a digital accelerometer (ADXL345) and an Arduino DUE board. An active dynamic absorber is used to counteract vibrations resulting from any impact or disturbance and is compared with a condition without a dynamic absorber. Also, last, the increase in output voltage from the controller is investigated by the dynamic absorber’s performance. As a result, 64% reduction in settling time and 65% improvement in the amplitude of the Fourier transform of instrument vibrations were obtained.

کلیدواژه‌ها English

Direct Velocity Feedback
Active Dynamic Absorber
Impact Excitation
Boring Bar Process
[1] Altintas Y. Manufacturing automation: metal cutting mechanics, machine tool vibrations, and CNC design. Cambridge university press; 2012 Jan 30.
[2] Naeemi Amini P, Moetakef Imani B. Improving Active Vibration Control Performance in Machining Using Nonlinear Fractional PID Controller. Modares Mechanical Engineering. 2019 Feb 10;19(2):281-91. [In Persian]
[3] Emami M, Karimi Pour A. Theoretical and Experimental Study of the Chatter Vibration in Dry and Wet Machining Conditions in the Turning Process. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2020 May 21;7(3):1-21. [In Persian]
[4] Safari MR, Jalili MM, Abootorabi MM. Investigation of tool and workpiece clamping effect on stability lobes in milling process. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2019:12-24. [In Persian]
[5] Munoa J, Beudaert X, Dombovari Z, Altintas Y, Budak E, Brecher C, Stepan G. Chatter suppression techniques in metal cutting. CIRP annals. 2016 Jan 1;65(2):785-808. doi: 10.1016/j.cirp.2016.06.004
[6] Sims ND. Vibration absorbers for chatter suppression: A new analytical tuning methodology. Journal of Sound and Vibration. 2007 Apr 3;301(3-5):592-607. doi: 10.1016/j.jsv.2006.10.020
[7] Muhammad BB, Wan M, Feng J, Zhang WH. Dynamic damping of machining vibration: a review. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017 Apr;89:2935-52. doi: 10.1007/s00170-016-9862-z
[8] Munoa J, Mancisidor I, Loix N, Uriarte LG, Barcena R, Zatarain M. Chatter suppression in ram type travelling column milling machines using a biaxial inertial actuator. CIRP Annals. 2013 Jan 1;62(1):407-10. doi: 10.1016/j.cirp.2013.03.143
[9] Chen F, Lu X, Altintas Y. A novel magnetic actuator design for active damping of machining tools. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2014 Oct 1;85:58-69. doi: 10.1016/j.ijmachtools.2014.05.004
[10] Zaeh MF, Kleinwort R, Fagerer P, Altintas Y. Automatic tuning of active vibration control systems using inertial actuators. CIRP Annals. 2017 Jan 1;66(1):365-8. doi: 10.1016/j.cirp.2017.04.051
[11] Fallah M, Moetakef-Imani B. Identification of dynamic model for an active boring bar. Modares Mechanical Engineering. 2019 Aug 10;19(8):1917-28. [In Persian]
[12] Naeemi Amini P, Moetakef-Imani B. Identification and control of an active boring bar using VCA actuator. Modares Mechanical Engineering. 2017 Oct 10;17(8):87-96. [In Persian]
[13] Lang GF, Snyder D. Understanding the physics of electrodynamic shaker performance. Sound and vibration. 2001 Oct 1;35(10):24-33.
[14] Naeemi Amini P, Moetakef-Imani B. Dynamic modeling of an internal turning tool using experimental modal analysis and simulation of active vibration control. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2019:29-36. [In Persian]
[15] Fallah M, Moetakef-Imani B. Application of Direct Velocity Feedback Control Strategy for Chatter Suppression in Boring Operations. Researchgate. 2021. doi: 10.13140/RG.2.2.20354.15042/1 [In Persian]
[16] Schmitz TL, Smith KS. Mechanical Vibrations: Modeling and Measurement. Springer International Publishing; 2021.