Nonlinear dynamic modeling and analysis of spindle-tool assemblies in machining centers ve doğrusal olmayan dinamik modellemesi
İşleme merkezlerinde mil-takım sistemlerinin incelenmesi
- Tez No: 269572
- Danışmanlar: PROF. DR. H. NEVZAT ÖZGÜVEN, PROF. DR. YUSUF ALTINTAŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 120
Özet
İşleme sırasında yarattığı kötü etkilerinden dolayı tırlama frezede istenmeyen bir olgudur. Hangi durumlarda tırlama olmadan işleme yapılacağını tahmin edebilmek için, sürecin kararlılık diyagramı hesaplanır. Frezede süreci hızlandırmak için gereken fazla talaş kaldırma ihtiyacı yüksek hız frezeleri gündeme getirmiştir. Böylece, hesaplanan kararlılık diyagramlarının hassasiyetinin önemi daha da artmıştır. Günümüzde kararlılık diyagramlarını bulmakta kullanılan tırlama ve iş mili-takım tutucu-takım sistemi modelleri oldukça iyi sonuçlar vermektedir. Ancak bazen kesme koşulları teorik olarak bulunan kararlılık diyagramına göre kararlı bölgede bile sistemde tırlama gözlemlenebilmektedir. Bu olgunun sebeplerinden biri, sistemdeki doğrusal olmayan etkiler olarak açıklanabilir. Buradan yola çıkarak, bu tezde, iş mili-takım tutucu-takım sisteminin rulmanlarındaki doğrusal olmayan parametrelerin etkileri incelenmiştir. Bu çalışmada, iş mili üzerindeki rulmanın, kuvvet-yer değiştirme ilişkisinin kübik davranış gösterdiği kabul edilmiştir. Geliştirilen matematiksel model kullanılarak, doğrusal olmayan özellikteki sistemlerde freze işleminin kararlılık diyagramına etkisi incelenmiştir. Rulmanlar hariç iş mili-takım tutucu-takım sisteminin doğrusal modellemesi Timoshenko çubuk teorisi kullanılarak yapılmış, ardından doğrusal olmayan rulmanlar tanımlama fonksiyonu teorisi kullanılarak modellenerek, önceden frekans tepki fonksiyonu bulunan rulmansız iş mili-takım tutucu-takım sisteminin dinamiği ile birleştirilmiştir. Sistemin elde edilen hareket denklemi, Newton'un metodu yay uzunluğu sürekliliği kullanılarak frekans bölgesinde çözülmüştür. Uygulanan etkili frekans bölgesi metodu sayesinde sistemin frekans tepki fonksiyonundaki geri kıvrılma olan bölgelerde de çözüm elde edilebilmiştir. Bu çözüm, üzerinde çalışılan sistem için, rulmanlardaki doğrusal olmayan etkilerden dolayı sistemin frekans tepki fonksiyonunda geri kıvrılmalara yol açabileceğinden büyük önem taşımaktadır. Rulmanlardaki doğrusal olmayan dinamik özelliklerin kararlılık diyagramına etkisini incelemek için vaka analiz çalışmaları yapılmıştır. Çalışmalarda şu parametrelerin etkileri incelenmiştir: Kesme kuvveti büyüklüğü, doğrusal olmayan parametrelerin derecesi ve kalem üzerindeki kesici sayısı. Rulmanların yer değiştirme miktarına bağlı direngenliği, sistemin rijit cisim modlarına bağlı dinamik tepkisini etkilemektedir. Kesme kuvveti büyüklüğü ya da rulmanın doğrusal olmayan parametresinin katsayısı arttırıldığında doğal frekansların arttığı gözlemlenmiştir. Modların tepki eğrisinde sağa kayması kararlılık loblarını da sağa kaydırmıştır. Kalem üzerindeki kesici sayısı arttırıldığında rulmanlardaki doğrusal olmayan parametrelerin freze kararlılığına etkisi azalmaktadır. Bu çalışmada aynı zamanda, sistem dinamiğinin işleme sırasındaki değişimlerini gözlemlemek için deneysel çalışmalar da yapılmıştır. Tek serbestlik dereceli bir sistemin modal değişkenlerini elde etmek için deney verileri kullanılarak ters tırlama analizi uygulanmıştır. Yüksek hızlarda test yapılan sistemin doğal frekansında azalma gözlemlenmiştir. Bu kaymanın hıza bağlı rulman dinamiği veya işleme sırasında değişen rulman gerginliğine bağlı olabileceği sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
Chatter is unwanted since it causes deteriorating effects on the milling process. Stability lobe diagrams are developed in order to determine the stable cutting conditions at which chatter-free machining can be made. The need of cutting away more chips to make milling operations quicker has brought the concept of high-speed milling. This increased the importance of estimating stability lobe diagrams of the milling process more accurately. The state-of-art chatter and spindle-toolholder-tool models predict the stability lobe diagram for milling process quite effectively. However, sometimes chatter might occur even atcutting conditions selected using theoretically obtained stability lobe diagrams. One of the reasons for that may be nonlinearities in the system. This being the motivation, in this work, nonlinearities at the bearings of spindle-toolholder-tool system are investigated. In this thesis, cubic nonlinearity is assumed to represent stiffness of a bearing in a spindle-toolholder-tool system. Effects of nonlinearity on stability lobe diagram of a milling process are studied by using the mathematical model developed for such a system. Frequency response function of spindle-toolholder-tool system without bearings is obtained using Timoshenko beam model. Then, bearings are modeled by using describing function theory and coupled to the dynamics of spindle-toolholder-tool modeled. Solution of the equations of motion of the system in frequency domain is obtained via Newton's method with ALC. It is an effective frequency domain method in which turning points on frequency response function are traced. This is important for the system studied, as bearing nonlinearity may introduce turn backs in the response of the system. Case studies are carried out to study the effects of bearing nonlinearity on stability lobe diagram. The effects of the following factors are studied: Magnitude of cutting force, degree of nonlinearity and number of teeth on cutter. Displacement amplitude dependent stiffness of bearings affects the dynamic response due to rigid body modes of the system. It is observed that an increase in cutting force magnitude or in coefficient of bearing nonlinearity results in increase of natural frequencies, thus showing hardening behavior. Shifting of frequencies in the response curve shifts stability lobes related to the affected modes, to the right. For increased number of flutes on cutter, effect of nonlinearity at bearings on stability of the milling process becomes lower. Experimental studies to determine the changes in dynamics of a system during cutting are also carried out in this thesis. Inverse chatter analysis is conducted to obtain modal parameters of a single-degree-of-freedom system using the experiment data. Decrease in natural frequency is observed at high cutting speeds for the particular spindle used. This shift may be due to speed-dependent bearing dynamics and real time adjustment of preload on bearings.
Benzer Tezler
- Application of a novel energy dissipation beam-column connector in precast structures
Prekast yapılara özgün bı̇r enerjı̇ sönümleyici kı̇rı̇ş-kolon bağlantısının uygulanması
ALİ BERK BOZAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. REŞAT ATALAY OYGUÇ
- Design, modelling and analysis of a novel implantable bone conduction hearing aid with a piezoelectric actuator
Özgün bir piezoelektrik eyleyicili kemik iletimli implant işitme cihazının tasarım, modelleme ve analizi
ANIL KOYUNCU
Doktora
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN NEVZAT ÖZGÜVEN
DOÇ. DR. MELİN ŞAHİN
- Opensees ve seismostruct programlarının doğrusal olmayan deprem analizleri için karşılaştırılması
Comparison of opensees and seismostruct programs for nonlinear earthquake analysis
ŞÜKRİYE CEYDA ERGÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem ve Yapı Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ ERKUŞ
- TBDY 2018'e göre betonarme yapıların farklı tip sismik izolatör birimleri kullanılarak modellenmesi ve analizi
Modeling and analysis of reinforced concrete structures using different types of seismic isolator units according to TBDY 2018
ŞEVVAL ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Deprem MühendisliğiRecep Tayyip Erdoğan Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT YAYLACI
- Rijit-elastik uzuvlu bir robot manipülatörün dinamik modellemesi ve titreşim analizi
Dynamic modeling and vibration analysis of a rigit-flexible robot manipulator
ÜMİT ÖNEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. FATİH MEHMET BOTSALI