Takım tezgahlarının tırlama titreşiminde süreç sönümlemelerin teorik ve deneysel irdelenmesi
Theoretical and experimental analysis of process damping in machine tool chatter vibration
Yazar: EROL TÜRKEŞ
Danışman: DOÇ.DR. ERHAN BUDAK ; Y.DOÇ.DR. SEZAN ORAK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
ivTAKIM TEZGAHLARININ TIRLAMA TİTREŞİMİNDESÜREÇ SÖNÜMLEMELERİN TEORİK VE DENEYSEL İRDELENMESİErol TÜRKEŞÖZETYapılan bu çalışmada, düşük ve orta kesme hızlarında tırlama titreşimindemeydana gelen süreç sönümlemelerinin neden ve nasıl oluştukları araştırılmıştır.Literatürdeki konu ile ilgili yapılan çalışmalar incelendiğinde bu neden ve nasılsorularına kesin bir cevap bulunamadığı görülmektedir. Süreç sönümlemelerinin,dinamik kesme sistemine nasıl etkidikleri tam olarak anlaşılamaması sebebiyle kesmesisteminin yapısal sönümlemesine ne kadar etki ettikleri de bulunamamaktadır. Bunedenle bu çalışmada kesme mekaniğinin temelini oluşturan dik kesme için önceliklekomplike bir dinamik kesme modeli oluşturulmuştur. Oluşturulan model daha sonratornalama ve frezeleme takım tezgahlarının kesme sistemlerine uygulanmıştır.Komplike dinamik kesme modeli, kesilme açısının değişimine bağlı olarak dinamikkesme kuvvetlerinin modellenmesi ve takım ucunun dalgalı yüzeye batmasından oluşanbatma kuvvetlerinin modellenmesinden oluşturulmuştur. Dinamik kesme kuvvetlerininmodelinden statik ve dinamik kesme katsayıları, batma kuvvetleri modellemesinden debatma kuvvetleri elde edilmiştir. Bu terimler, kesme sisteminin kararlılık analizi içintüretilen hareket denklemlerinde hesaba katıldığında sistemin sönümleme oranlarınınarttığı görülmüştür. Bu artışların değerlerini bulabilmek için tornalama ve frezelemededeğişik malzemeler, takım uzunlukları ve mil hızları için modal analiz ve kesme testleriyapılarak kararlı kesme derinlikleri elde edilmiştir. Bilinen kararlılık diyagramlarınınçizdirilmesi prosedürü tersten işletilerek kararlı kesme derinliklerine karşılık gelentoplam süreç sönümleme değerleri hesaplatılmıştır. Böylece bu değerlerin ne kadarınınkesilme açısının değişiminden ve ne kadarının da takım ucunun dalgalı yüzeyebatmasından kaynaklandığı bulunmuştur. Son olarak da geliştirilen dinamik kesmemodelinin doğrulanması; kesilme açısının değişiminin araştırılmasındaki açı sabitininve takım ucunun batmasındaki iş parçası malzemesinin spesifik kesilme direncinindoğrulanmasıyla yapılmıştır. Ayrıca bu çalışmada, süreç sönümlemelerin en çok hangietkenlere bağlı olduğu konusu da araştırılmıştır. Sonuçta, takım ucu batmasının süreçsönümlemenin oluşumundaki etkisinin daha çok olduğu ortaya çıkmıştır.Anahtar Kelimeler: Takım tezgahı, Tırlama titreşimi, Süreç sönümlemesi.

Abstract:
vTHEORETICAL AND EXPERIMENTAL ANALYSIS OF PROCESS DAMPINGIN MACHINE TOOL CHATTER VIBRATIONErol TÜRKEŞSUMMARYThe subject of this Ph.D. thesis is to research how and why the process dampingoccurs in chatter vibrations under low cutting speed conditions. Answers to thosequestions could not be found in the former research available in literature. Since howthe process damping affects the orthogonal cutting is not clearly understood, theadditional effect of the process damping to the cutting system?s structural dampingcould not be determined as well. In this thesis, a complex dynamic system is modeledprior to the orthogonal cutting which forms a mechanical cutting basis for all cuttingprocesses in general. This dynamic system is used for turning and milling machineslater on. The complex dynamic system consists of dynamic cutting system force modelwhich is based on the shear angle oscillations and the penetration forces which arecaused by the tool flank contact with the wavy surface. Static and dynamic cuttingcoefficients are obtained by using the dynamic cutting force model. Using thesecoefficients in the motion equations derived for the stability analysis increased the totaldamping ratio of the system. In order to determine the increased values of the dampingratio, modal analysis and chatter stability tests were performed for different materials,tool length and spindle speed. By employing the stability diagrams, the values of thetotal process damping corresponding to the stable depth of cuts are calculated. Theproportions of calculated values due to the shear angle oscillations and the contactbetween the tool and wavy surface are determined. Finally, the verification ofdeveloped dynamic cutting model is done for not only the shear angle oscillationcoefficient, but also for the specific cutting resistance of workpiece in penetration.Furthermore, the most effective factors in the process damping are also included inresearch.Keywords : Chatter vibration, Machine tools, Process damping.