بخشی از مقاله
چکیده
ارتعاشات لرزشی یکی از مشکلات رایج در فرزکاری اجزای جدار نازک با صلبیت دینامیکی پایین است. با انتخاب شرایط برشی در ناحیه پایدار دیاگرام های پایداری، می توان از وقوع این پدیده جلوگیری کرد. شکل رایج این دیاگرام ها در فرآیند فرزکاری، مشخص کننده محدوده پایداری عمق محوری برش بر حسب سرعت اسپیندل می باشد. افزایش ضخامت اولیهی قطعه کار به منظور صلبتر کردن آن، می تواند راه حل دیگری برای مقابله با این ارتعاشات به شمار آید. در این مقاله، شکل جدیدی از دیاگرام های پایداری که مشخص کننده محدوده پایداری عمق شعاعی فرآیند فرزکاری هستند رسم شده و پس از آن با استفاده از مدل پایداری تقریب مرتبه صفر، به تخمین حداقل ضخامت اولیه لازم برای فرزکاری پایدار مستقل از سرعت اسپیندل دیواره های نازک پرداخته شده است.
1. مقدمه
امروزه بخش عمده ای از قطعات بکار رفته در صنعت هوا فضا از طریق فرآیند فرزکاری سرعت بالا و به صورت یکپارچه ساخته می شوند. در فرآیند ساخت این قطعات که به آنها monolithic components گفته میشود، حدود %95 از وزن قطعه کار اولیه در نرخ های بالا براده برداری می شود [1]، که این امر امکان وقوع ارتعاشات لرزشی بویژه در نواحی با صلبیت دینامیکی پایین همچون کف ها و دیواره های نازک را به شدت افزایش می دهد. ارتعاشات لرزشی آثار منفی زیادی از جمله کیفیت سطح پایین قطعه کار ساخته شده، آسیب به ماشین ابزار و کاهش کارایی فرآیند را به دنبال دارند؛ از این رو تلاش های زیادی برای جلوگیری،کنترل و یا کاهش این پدیده انجام گرفته است.
یکی از راه های جلوگیری از وقوع ارتعاشات لرزشی، استفاده از دیاگرام لوب های پایداری1 محاسبه شده از مدل دینامیکی فرآیند است. به کمک این دیاگرام می توان شرایط برشی پایدار را به گونه ای انتخاب کرد که موجب افزایش نرخ براده برداری فرآیند شود. روش های تحلیلی و عددی مختلفی برای بررسی پایداری در فرزکاری مطرح شده اند .[5-2] آلتینتاس و بوداک[6] 2 روشی تحلیلی در حوزه ی فرکانس برای پیش بینی پایداری فرزکاری پیشنهاد کردند. این روش تقریب مرتبه صفر3 نامیده شده است و به صورت رایج در بررسی پایداری فرزکاری مورد استفاده قرار می گیرد و مشابه سایر روش های ارائه شده برای پایداری فرآیند فرزکاری، محدودهی پایداری عمق محوری برش بر حسب سرعت اسپیندل را بدست می دهد.
اطلاع از رفتار دینامیکی سازهای فرآیند ماشینکاری یکی از اطلاعات مورد نیاز برای تحلیل پایداری آن است. در مواردی که ماشینکاری یک قطعه کار جدار نازک مطرح باشد، در مدلسازی دینامیکی فرآیند باید علاوه بر دینامیک ماشین ابزار، رفتار دینامیکی سازه ای قطعه کار را هم در نظر گرفت. اما دینامیک قطعه کار در حین فرآیند ماشینکاری آن به صورت پیوسته در حال تغییر است و همین مسئله موجب پیچیدگی بررسی پایداری در این موارد می شود. در سال های اخیر تحقیقاتی در زمینهی فرزکاری اجزای جدار نازک انجام شده است .[10-7]
افزایش ضخامت اولیهی قطعهکار به منظور صلبتر کردن آن میتواند به عنوان راه حلی دیگر برای جلوگیری از وقوع ارتعاشات لرزشی مطرح شود. اگرچه ماشینکارها از اهمیت ضخامت قطعهکار قبل از ماشینکاری آن آگاهاند، اما معیاری برای تخمین این ضخامت به گونهای که صلبیت کافی را برای ماشینکاری پایدار قطعهکار فراهم نماید وجود ندارد. با این حال، مدلسازی فرآیند میتواند در تخمین این ضخامت کمک کننده باشد .[11] کامپا4 و همکاران [11] به ارائهی روشی برای بهبود فرزکاری کفهای نازک از طریق تخمین حداقل ضخامت اولیه و صلبیت دینامیکی کف پرداختهاند.
در این مقاله دیاگرام های پایداری فرزکاری بر خلاف شکل رایج آنها، برای تعیین محدوده پایداری عمق شعاعی فرآیند بر حسب سرعت اسپیندل رسم شده و سپس به کمک آن به تخمین حداقل ضخامت اولیهی لازم برای فرزکاری پایدار مستقل از سرعت اسپیندل دیوارههای نازک پرداخته شده است، این کار با استفاده از روش پیشنهاد شده توسط کامپا و همکاران برای فرزکاری کفهای نازک [11] و انجام یک سری تغییرات برای بکارگیری آن در فرآیند فرزکاری دیوارههای نازک، صورت پذیرفته است.
2. تعیین محدوده پایداری عمق شعاعی برش
مدلهای پایداری تحلیلی و عددی مختلفی برای فرآیند فرزکاری مطرح شدهاند که همگی آنها بر تعیین محدودهی پایداری عمق محوری برش تمرکز دارند. تکلی و بوداک [12] ، با استفاده از مدل پایداری تحلیلی ZOA، الگوریتمی ساده برای تعیین محدودهی پایداری عمق شعاعی برش ارائه کردهاند. از آنجایی که معادله مشخصهی دینامیک فرزکاری دارای دو بخش حقیقی و موهومی است، دو مجهول، یعنی فرکانس لرزش c و عمق محوری بحرانی alim یا c و عمق شعاعی بحرانی blim را میتوان از مدل پایداری بدست آورد.
