gridding chatter - origin and suppression (thai version)

11
การสั่นสะเทือนในการกัด - ต้นเหตุและการยับยั้ง ________________________________________________________________________ ประเด็นสําคัญ การสั่นในการกัดนั้นเป็นปัญหาที่สําคัญในการกัดที่มีความเกี่ยวข้องกับสัดส่วนของชิ้นงาน ในบทความต้นเหตุ ของการสั่นจะพูดถึงการก่อตัวของการสั่นทั้งด้านในและนอกรวมไปถึงการกัดผิวงาน หลังจากนั้นจะพูดถึงการ ตรวจความผิดพลาดจากการสั่น และจะพูดถึงการยับยั้งการสั่นโดยการใช้อุปกรซับแรง; การกัด, chatter, การ ตรวจ 1. บทนํา ความยุ่งยากในการกัดนั้นจะทําให้ความแม่นยําและ ผลการผลิตลดลง หนึ่งในนั้นคือการสั่น ซึ่งจะทําให้ ความแม่นยําลดลงอย่างมาก และลดคุณภาพของผิว งาน ซึ่งเป็นปัจจัยสําคัญในการกัด การสั่นยังทําให้ อัตราการตัดลดลงด้วย การค้นคว้ามากมายในเรื่อง นี้บ่งชี้ว่าขั้นตอนการยับยั้งสามารถใช้ลดการสั่นได้ รายงานนี้มุ่งที่จะชี้ให้เห็นถึงการสั่นในการกัดแบบ cylindrical, surface, internal ซึ่งจะสามารถช่วย วิศวกรในการกัดเพื่อที่จะสามารถลดหรือยับยั้งการ สั่นในการกัดได้ ในรายงานต่างๆจะพยายามลดการสั่นโดยการติดตั้ง อุปกร โดยมีไม่กี่งานที่ถูกนําไปใช้จริง ซึ่งการติดตั้ง ตัวเซนเซอร์และตัวควบคุมต่างๆที่ทําให้อุปกรการ ยับยั้งในพัฒนามาได้มาก การจับหาการสั่นและการวิเคราะห์แรงที่ใช้ในการตัด จะถูกนํามาพิจารณา ความเข้าใจถึงการสั่นจะ สามารถช่วยได้มากในการทดลอง 2. การสั่นในการกัด 2.1 การสั่นโดยใช้แรง มีการสั่นสองแบบในการกัด: สั่นโดยใช้แรง และสั่น ด้วยตัวเอง การไม่เสถียรยองล้อกัดเป็นปัจจัยหลักในการเกิดการ สั่นแบบใช้แรง การยับยั้งการสั่นแบบนี้ทําให้โดยการ วัดความสั่นสะเทือนตามจุดต่างๆ อีกต้นตอของการ สั่นคือการสั่นของอุปกรไฮโดรลิกและการสั่นของพื้น ซึ่งยากที่จะหาจุดและยับยั้ง 2.2 การสั่นด้วยตัวเอง การพยายามเข้าใจถึงการสั่นด้วยตัวเองในการกัดนั้น เป็นที่ศึกษากันมาก การหมุนของชิ้นงานที่กระทบกับ ใบมีดกัดจะก่อให้เกิดการสั่นที่ทําให้ผิวงานเสียหาย เพราะการตัดที่ไม่สมําเสมอเนื่องจากการสั่น การสั่น ยังทําให้ใบมีดเสียหายด้วยเช่นกัน หนึ่งสาเหตุทีทําให้การสั่นด้วยตัวเองนั้นยากในการศึกษาก็เพราะ คลื่นการสั่นของผิวงานนั้นเพิ่นขึ้นรวดเร็วมาก จึง ทําให้การสั่นแบบนี้เป็นปัจจัยหนึ่งในการหาอายุการ ใช้งานของใบมีด เพราะเมื่อคลื่นพุ่งสูงขึ้นถึงจุดหนึ่ง จะถือว่าใบมีดได้หมดอายุการใช้งาน และต้องทําการ ปรับปรุงใหม่

Upload: a4id

Post on 27-Apr-2015

397 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Gridding Chatter - Origin and Suppression (Thai Version)

การสั่นสะเทือนในการกัด - ต้นเหตุและการยับยั้ง________________________________________________________________________

ประเด็นสําคัญ

การสั่นในการกัดนั้นเป็นปัญหาที่สําคัญในการกัดที่มีความเกี่ยวข้องกับสัดส่วนของชิ้นงาน ในบทความต้นเหตุของการสั่นจะพูดถึงการก่อตัวของการสั่นทั้งด้านในและนอกรวมไปถึงการกัดผิวงาน หลังจากนั้นจะพูดถึงการตรวจความผิดพลาดจากการสั่น และจะพูดถึงการยับยั้งการสั่นโดยการใช้อุปกรซับแรง; การกัด, chatter, การตรวจ

1. บทนํา

ความยุ่งยากในการกัดนั้นจะทําให้ความแม่นยําและผลการผลิตลดลง หนึ่งในนั้นคือการสั่น ซึ่งจะทําให้ความแม่นยําลดลงอย่างมาก และลดคุณภาพของผิวงาน ซึ่งเป็นปัจจัยสําคัญในการกัด การสั่นยังทําให้อัตราการตัดลดลงด้วย การค้นคว้ามากมายในเรื่องนี้บ่งชี้ว่าขั้นตอนการยับยั้งสามารถใช้ลดการสั่นได้

รายงานนี้มุ่งที่จะชี้ให้เห็นถึงการสั่นในการกัดแบบ cylindrical, surface, internal ซึ่งจะสามารถช่วยวิศวกรในการกัดเพื่อที่จะสามารถลดหรือยับยั้งการสั่นในการกัดได้

ในรายงานต่างๆจะพยายามลดการสั่นโดยการติดตั้งอุปกร โดยมีไม่กี่งานที่ถูกนําไปใช้จริง ซึ่งการติดตั้งตัวเซนเซอร์และตัวควบคุมต่างๆที่ทําให้อุปกรการยับยั้งในพัฒนามาได้มาก

การจับหาการสั่นและการวิเคราะห์แรงที่ใช้ในการตัดจะถูกนํามาพิจารณา ความเข้าใจถึงการสั่นจะสามารถช่วยได้มากในการทดลอง

2. การสั่นในการกัด

2.1 การสั่นโดยใช้แรง

มีการสั่นสองแบบในการกัด: สั่นโดยใช้แรง และสั่นด้วยตัวเอง

การไม่เสถียรยองล้อกัดเป็นปัจจัยหลักในการเกิดการสั่นแบบใช้แรง การยับยั้งการสั่นแบบนี้ทําให้โดยการ

วัดความสั่นสะเทือนตามจุดต่างๆ อีกต้นตอของการสั่นคือการสั่นของอุปกรไฮโดรลิกและการสั่นของพื้นซึ่งยากที่จะหาจุดและยับยั้ง

2.2 การสั่นด้วยตัวเอง

การพยายามเข้าใจถึงการสั่นด้วยตัวเองในการกัดนั้นเป็นที่ศึกษากันมาก การหมุนของชิ้นงานที่กระทบกับใบมีดกัดจะก่อให้เกิดการสั่นที่ทําให้ผิวงานเสียหาย เพราะการตัดที่ไม่สม่ําเสมอเนื่องจากการสั่น การสั่นยังทําให้ใบมีดเสียหายด้วยเช่นกัน หนึ่งสาเหตุที่ทําให้การสั่นด้วยตัวเองนั้นยากในการศึกษาก็เพราะคลื่นการสั่นของผิวงานนั้นเพิ่นขึ้นรวดเร็วมาก จึงทําให้การสั่นแบบนี้เป็นปัจจัยหนึ่งในการหาอายุการใช้งานของใบมีด เพราะเมื่อคลื่นพุ่งสูงขึ้นถึงจุดหนึ่งจะถือว่าใบมีดได้หมดอายุการใช้งาน และต้องทําการปรับปรุงใหม่

Page 2: Gridding Chatter - Origin and Suppression (Thai Version)

การเพิ่มตัวของคลื่นการสั่นจะเห็นได้ในรูปที่ 2.2 เมื่องานหมุนด้วยความเร็วสูงหรือการสั่นของชิ้นงานยังต่ําอยู่ จะเห็นให้ว่าคลื่นสั่นในสูงมากในช่วงต้นของการกัด รอยที่เกิดจากการสั่นก็ยังสามารถมองเห็นได้ชัด

การก่อเกิดของการสั่นชนิดนี้เกิดมาจากการติดตั้งอย่างที่เห็นในรูปที่ 2.3 แต่เมื่อชิ้นงานหมุนด้วยความเร็วที่ต่ําลง การสั่นของงานยังเห็นได้อยู่ และคลื่นการสั่นยังเพิ่มขึ้นเริื่อยๆ และรอยการสั่นจะไม่สามารถมองเห็นได้ชัด แต่ผิวงานก็จะขรุขระเช่นกัน

การผสมผสานของการติดตั้งและชนิดของใบมีดตัดนั้นมีผลกับการที่คลื่นนั้นเพิ่มขึ้น ความถี่ในการสั่นและความเร็วในการหมุนของชิ้นงานเป็นปัจจัยหลักของการสั่น เราสามารถสรุปได้ว่าการเกิดของการสั่นในการกัดนั้นไม่สม่ําเสมอ อีกปัจจัยนึกคือ elastic deformation ของใบมีดกัด

2.3 การสัมผัสระหว่างใบมีดกัดและชิ้นงาน

คลื่นที่เกิดขึ้นบนชิ้นงานและใบมีดทําให้เกิดการสั่นระหว่างกัน คลื่นบนชิ้นงานจะถูกวิเคราะห์ก่อน ความถี่การสั่นต่ํา และจะทําให้การสั่นบนผิวงานลดลงไปตามกัน จึงทําให้ทั้งสองเส้นทํางานกันเป็น mode

เมื่อ Ycr < y ความแรงของคลื่นจะลดลงการแรงสั่น หรือไม่ทั้งสองก็จะมีค่าที่เท่ากัน เมื่อคลื่นเกิดขึ้นบนล้อกัด critical grinding speed จะสามารถหาได้จากการเปลี่ยน Vw เป็น Vs

ค่าที่ได้จาก 2.1 สามารถเห็นได้ในรูปที่ 2.4 จะเห็นได้จาก 2.1 และ 2.2 ว่าคลื่นที่มีความแรงสูงแล้วความถี่สูงไม่สามารถเกิดบนผิวงานได้

2.4 การสั่นในการกัดชนิดต่างๆ

การสั่นนั้นแตกต่างกันไปในการกัดต่างๆเช่น cylindrical, internal, surface ในส่วนของ internal และ surface การสั่นนั้นเป็นไปตาม natural freq. ของ spindle เพราะความแข็งของชิ้นงานที่ต่ํากว่า แต่ในด้านของ cylindrical ที่มีความแข็งของชิ้นงานที่ต่ํากว่า จึงเกิดการสั่นได้ง่ายกว่า

Page 3: Gridding Chatter - Origin and Suppression (Thai Version)

การกัดนั้นมีอยู่สองประเภทคือ: plunge, traverse การวิเคราะห์ใน traverse นั้นยากกว่าเพราะหน้าสัมผัสที่หลากหลายกว่า

3. การสั่นสะเทือนด้วยตัวเอง

3.1 การ Modeling ในขั้นตอนการกัด

การใช้เลขในการสร้างแบบการกัดนั้นจากรูปที่ 3.1 ปัจจัยที่ไม่สําคัญคือความแข็งในหน้าสัมผัสของล้อกัดและการซับแรงกัด

เราจะแบ่งขั้นตอนออกเป็นสองอย่างคือ dynamic process ของการสั่นของชิ้นงานและล้อกัด เมื่อ Ycr/y >= 1เฉพาะชิ้นงานจะถูกวิเคราะเท่านั้น แต่สําหรับ Ycr/ y << 1 เราไม่ต้องวิเคราะห์ชิ้นงานเลยก็ได้

จากรูปภาพ block diagram สําหรับ dynamic grinding สําหรับการสั่นของงานในรูปที่ 3.2 และล้อกัดในรูปที่ 3.3

3.2 ความแข็งของล้อกัดแล้วการซับการกัด

เราจะใช้พื้นฐานของ linear dynamic มาเชื่อมกับการกัดโดยจะใช้ตัวแปรเช่น mass,spring,damping และจะหาแรงการกัดซึ่งสอดคล้องกับอัตราการตัด

การกัดจะลดความเสถียรเมื่อแรงตัดมากขึ้นและจะก่อให้เกิดการสึกหรอ การหาการสั่นของล้อกัดนั้นเราสามารถเปลี่ยน grinding stiffness เป็น wear stiffness ใน 3.1 G คือ grinding ration

3.3 ความแข็งของหน้าสัมผัส

เราต้องวิเคราะห์ elastic deformation ของล้อกัดเพราะเป็นปัจจัยสําคัญ ความแข็งของหน้าสัมผัสเกี่ยวข้องกับ compressive force และ elastic deformation ของล้อกัดในหน้าสัมผัส เราสามารถหา deformation ได้จาก 3.6 เพราะฉนั้นความแข็งของหน้าสัมผัสจะมีลักษณะเป็น non-linear เหมือนกับสปริง

Page 4: Gridding Chatter - Origin and Suppression (Thai Version)

3.4 การวิเคราะห์ความมั่นคง

ความสารถของการสั่นด้วยตัวเองใน plunge grinding โดยปัจจัยคือความลึกในการตัด ชิ้นงาน และความกว้างในการกัด ในรูปที่ 3.6 ที่เราจะเห็นการสั่นทั้งสองแบบ

- อัตราการเพิ่มของการสั่นที่ล้อกัดนั้นช้ากว่าที่ชิ้นงานมาก

- ความถี่ของการสั่นจะมากกว่าความถี่ธรรมชาติเสมอ

รูปที่ 3.9 แสดงให้เห็นถึงการสั่นที่ล้อกัด เราสามารถสรุปได้ว่า

- การสั่นเกิดขึ้นได้รวดเร็วในความลึกในการตัดที่เยอะ ความกว้างเยอะ ความเร็วชิ้นงานต่ํา และความเร็วการกัดสูง

- การเพิ่มขึ้นของการสั่นจะลดลงเมื่อหน้าสัมผัสลดลงและการสึกหรอของล้อกัดเพิ่มมากขึ้น

4. ความสําคัญของการสั่นบนผิวงาน

การสั่นในขณะทําการกัดนั้นมีความสําคัญในด้านสัดส่วนของชิ้นงาน ในรูปที่ 4.1 แสดงถึงล้อกัดในช่วงเวลาต่างๆ

การวัดจะกระทํานอกเครื่องกัดด้วย stylus พิเศษที่สามารถวัดความกลมของล้อกัดได้ เราสามารถเห็นถึงความแตกต่างของล้อกัดที่ใช้มาเป็นเวลา 60 s และ 260 s ได้ชัด เราจะเรียกร่องรอยการสึกกร่อนเหล่านี้ว่า chatter marks รอยเหล่านี้สามารถมองได้ด้วยตาเปล่า

แต่ทว่ารอยเหล่านี้จะเป็นการบ่งบอกถึงคุณภาพที่ด้อยลงไปแต่การตรวจหารอยเหล่านี้นั้นทําได้ยาก ซึ่งอาจจะทําได้ด้วย optical sensor รูปที่ 4.2 แสดงให้เห็นถึง chatter marks ที่ตรวจโดย sensor

การเกิดของรอยคลื่นจะไม่เพิ่มมากขึ้น ในรูปที่ 4.3 แสดงให้เห็นถึงการวัดหลังจากการกัดแบบ plunge ล้อกัดมีความไม่สมดุลสูง ซึ่งแสดงว่าแรงภายในต้องถูกนํามาวิเคราะห์ ถ้าอัตราของหารหมุนของล้อกัดและชิ้นงานเป็นปัจจัยหลัก จะทําให้รอยคลื่นอยู่ที่ราว 4 um.

Page 5: Gridding Chatter - Origin and Suppression (Thai Version)

รอยขนาดเล็กคือสิ่งที่ได้จากการสั่นในขณะกัดชิ้นงาน การสั่นในเป็นปัจจัยหลักของความขรุขระของชิ้นงาน เราสามารถสรุปได้ว่าการสึกหรอเป็นต้นเหตุของความขรุขระของชิ้นงาน รูปที่ 4.4 แสดงถึงความขรุขระในชิ้นงานในช่วงการทํางานต่างๆ ตรงแอ่งของเส้นจะมีความขรุขระมากที่สุด

อีกสาเหตุนึงของ chatter mark คือรูปทรงของมีดกัดที่ไม่คงที่ แต่ยังไม่มีการสํารวจในเรื่องนี้

5. การสังเกตุและครวจดูการสั่นสะเทือน

ค่าชนิดต่างๆที่เป็นปัจจัยให้เกิดการสั่นจะถูกพิจารณา การตรวจการสั่นมาีการใช้อุปกรมากมาย ในเรื่องนี้เราจะทําความเข้าใจการตรวจใีดกัดและชิ้นงาน

5.1 การใช ้sensor ในการตรวจจับ

ระบบจะสามารถตรวจได้ต่อเมื่อมีการสัมผัสของล้อกัดและชิ้นงาน แรง,พลังงาน,ความเร่ง,อุณหภูมิ และเสียงจะถูกตรวจ แต่การตรวจของพลังงานและอุณหภูมินั้นไม่เป็นปัจจัยสําคัญจะสามารถตัดออกไปได้

การวัดหาแรงจึงเป็นวิธีที่เหมาะสมที่สุดในการหาข้อมูล และจะใช้ strain-gauge และ piezo-electric dynamometer ในการสั่นนั้นการหาแรงแนวดิ่งในหน้าสัมผัสเป็นสิ่งสําคัญ บางงานวิจัยพบว่าแรงในแนว tangential ก็มีผลกับการสั่นเช่นเดียวกัน ในรูปที่ 5.1 แสดงถึงตัวอย่างการวัดแรงแนวดิ่งในการกัด

การเรื่องนี้เราจะใช้ ring type piezo-electric dynamometer ที่จุดที่ไม่มีการหมุน ผลที่ได้คือความถี่อยู่ที่ 1kHz และมีบางจุดที่สูงกว่า การวัดแรงจะสามารถบ่งชี้ถึงการสั่นได้ นักวิจัยจึงนิยมใช้การวัดแบบนี้ใน

เรายังสามารถใช้ acceleration sensor ในการวัดการสั่นได้เช่นกัน การติดตั้งนั้นสามารถติดได้หลากหลายจุดบนเครื่องกัด แต่จุดที่เป็นที่นิยมคือบริเวณ spindle housing ในรูปที่ 5.2 แสดงให้เห็นถึงตัวอย่างผลที่ได้จากการวัด acceleration

Page 6: Gridding Chatter - Origin and Suppression (Thai Version)

การใช ้acoustic emission sensor ยังเป็นอีกวิธีนึงในการตรวจหาการสั่น ในรูปที่ 5.3 แสดงถึงผลที่ได้จาก AE-signal การที่มีการติดตั้งที่จุดศูนย์ของล้อกัดทําให้สามารถตรวจหาการสั่นได้ทั้งในการกัดและการเจียรใบมีด สัญญาณ AE คือตัวบ่งชี้การสั่นในการกัด

5.2 Sensor สําหรับล้อกัด

ในข้อที่ 4 ที่กล่าวถึงสัดส่วนของล้อกัดที่เป็นปัจจัยสําคัญในการสั่น sensor จําเป็นต้องตรวจหาความเป็นคลื่นของใบมีดในช่วงการกัด ตัวอย่างเช่น pneumatic และ radar sensor จะใช้ในการหาการสึกหรอของล้อกัด แต่ไม่เพียงพอสําหรับการหาความเป็นคลื่น เราความคํานึงไม่ให้ sensor แตะกับใบมีดเพราะจะทําให้เกิดปัญหาตามมาได้ ในรูปที่ 5.4 แสดงให้เห็นถึงผลที่ได้จากการใช้ laser triangular sensor ในการวัดสัดส่วนของล้อกัดระหว่างการทํางาน

5.3 Sensor สําหรับชิ้นงาน

การวัดหาความกว้างหน้าตัดของชิ้นงานนั้นมีความสําคัญมากโดยเฉพาะในการกัด การใช ้sensor ในการหาสัดส่วนนั้นทํากันมานานแล้ว การหาคลื่นที่เกิดบนผิวงานขณะกัดจําเป็นต้องใช้อุปการที่มีความถี่สูง รูปที่ 5.5 แสดงให้เห็นถึงการวัดคลื่นบนชิ้นงาน

การใช้การติดตั้งดังกล่่าวจะสามารถทําให้หาการสั่นของชิ้นงานได้ หากพบการเพิ่มของคลื่นเครื่องจะสามารถปรับหาการตัดที่เหมาะสมเพื่อลดลงได้

การที่เรารู้ว่าการเปลี่ยนอัตรระหว่างการหมุนของล้อกัดต่อชิ้นงานทําให้เราสามารถยับยั้งการสั่นแบบนี้ได้optical sensor ยังสามารถนําใช้ในการตรวจหาสัดส่วนของชิ้นงาน ชนิดที่เป็นที่นิยมคือ scattered light sensor ที่เอาไว้ตรวจหาความเป็นคลื่นและความขรุขระของผิวงาน ในรูปที่ 5.6 แสดงให้เห็นถึงความวัด optical ที่ gear shaft ที่เจอกับปัญญาคลื่นรบกวน

Page 7: Gridding Chatter - Origin and Suppression (Thai Version)

6. การยับยั้งการสั่นสะเทือน

ในการยับยั้งการสั่นในการกัด เราจําเป็นต้องแยกแยะแรงสั่น หรือการสั่นด้วยตัวเอง ในรูปที่ 2.2 แสดงให้เห็นว่าการสั่นต่างๆสามารถหาได้อย่างไร หากการสั่นถูกตรวจพบเมื่อเครื่องจักรกําลังทํางานเบา เราสามารถสรุปได้ว่าเป็นการสั่นด้วยแรง การสั่นที่ความถี่สูงมากกว่าล้อหมุนของล้อกัดคือการสั่นด้วยตัวเอง

6.1 การยับยั้งการสั่นด้วยแรง

ต้นเหตุของการสั่นด้วยแรงในการกัดนั้นคือความไม่สมดุลของล้อกัด ในการยับยั้งนั้น การตรวจการไม่สมดุลของล้อหมุนนั้นสําคัญมาก เพื่อที่เราจะสามารถเพิ่มความสมดุลให้ล้อหมุนได้ ในรูปที่ 6.1 แสดงถึงตัวอย่างการเพิ่มสมดุลโดยการยิงของเหลวเข้าไปในล้อเพื่อเพิ่มความแม่นยําในการกัด

6.2 การยับยั้งการสั่นด้วยตัวเอง

ในรายงานนี้เราเพ่งเล็งในการค้นคว้าการสั่น เพื่อที่จะลดการสั่นในการกัด การเรื่องที่เราค้นคว้ามา เราสามารถแยกแยะวิธีหรือขั้นตอนออกไปได้เช่นในรูปที่ 6.2- การปรับแต่งล้อกัด- การเพิ่ม dynamic stiffness ของระบบ- การรบกวนสาเหตุอื่นๆ

รูปที่ 6.2 แสดงถึง block diagram การอธิบายขั้นตอนการกัด ที่รวมไปด้วย grinding stiffness, mechanical system และ regenerative feedback loop การวิเคราะห์จาก dynamic grinding ในรูปที่ 6.2 สามารถสร้างเป็นกราฟได้ในรูปที่ 6.3

การไม่สมดุลเกิดขึ้นเมื่อทั้งสองเส้นตัดกัน การยับยั้งการสั่นด้วยตัวเองสามารถแบ่งออกได้เป็น1. ปรับแต่งล้อกัด2. เพิ่ม dynamic stiffness ของระบบ

a. เพิ่ม static stiffnessb. ลด orientational factorc. เพิ่ม dampingd. การขยับของ vector locuse. การรบกวนสาเหตุอื่นๆ

รูปที่ 6.4 แสดงให้เห็นว่า orientation factor มีผลกระทบต่อความสมดุล เพราะมีผลกระทบโดยตรงกับความลึกในการกัด เพราะฉนั้นเราจึงสรุปได้ว่า orientation factor เป็นวิธีที่สําคัญในการยับยั้งการสั่น

Page 8: Gridding Chatter - Origin and Suppression (Thai Version)

อีกวิธีนึกในการยับยั้งคือการเพิ่มประสิทธิภารของ dynamic performance ของระบบโดยการเพิ่มการซับแรง ในรูปที่ 6.5 แสดงถึงผลจากการติดตั้งระบบซับแรง

ในระบบนี้ตัวซับจะถูกติดไว้ที่ล้อหมุนของเครื่องกัด ตัวซับขะทํางานแบบไม่คงที่ สามารถยืดหยุ่นตามแรงของการกัดได้ รูปที่ 6.6 แสดงถึงการติดตั้งระบบนี้

ในขณะที่กัดอยู่ acceleration sensor จะถูกติดไว้กับชิ้นงาน สัญญาณจะถูกส่งเพิ่มให้ piezo-electric actuator ทํางาน

การทําเช่นนี้จะสามารถลด contact stiffness ของล้อกัดได้ ในรูปที่ 6.7 แสดงให้เห็นรูปทรงของล้อกัดที่ถูกปรับแต่งในรูปแบบต่างๆ

การยับยั้งการสั่นด้วยตัวเองโดยการกระจาย phase shift ในวงด้านนอกและใน ซึ่งวิธีนี้จะใช้ความเร็วในการตัดที่ไม่คงที่ของชิ้นงานและล้อกัด เป็นวิธีที่เหมาะสมในการลดการสั่นที่เกิดจากล้อกัด

ในรูปที่ 6.8 และ 6.9 แสดงถึงผลลัพในการใช้ความเร็วในการตัดที่ไม่คงที่ โดยวิธีนี้ได้ผลและทําได้ง่าน แต่สามารถทําได้เฉพาะในการตัดหยาบเท่านั้น

Page 9: Gridding Chatter - Origin and Suppression (Thai Version)

7. การเพิ่มความมั่นคงให้กับเครื่องกัด

หลังจากที่ได้อธิบายต้นเหตุและการยับยั้งของการสั่นไปแล้ว เราจะมาวิเคราะห์อุปกรการกัดในบทนี้ ขั้นตอนต่างๆถูกแสดงไว้ในรูปที่ 7.1 เครื่องทุกเครื่องต้องถูกวิเคราะห์ในเรื่องของ static และ dynamic ในขณะที่ทํางาน ลักษณะในขณะที่ตัดก็จะถูกวิเคราะห์เช่นกัน การใช ้piezo-electric actuator และ passive damper เป็นวิธีที่เหมาะสมและได้ผล

7.1 การวัดหา static และ dynamic compliance

การขณะที่เครื่องกําลังกัดงาน electro-hydraulic exciter จะทําหน้าที่สร้าง static และ dynamic force กับเครื่อง การกระตุ้นนี้เองทําจําลองแรงที่เกิดขึ้นในการกัด ในรูปที่ 7.2 จะเห้นการกระตุ้นที่ทํามุม alpha การขยับของเครื่องจะถูกตรวจโดย displacement sensor ในการกัดผิวงาน displacement จะเป็นปัจจัยที่สําคัญมากปัจจัยหนึ่ง

สัญญาณของแรงและการกระจัดจะถูกส่งไปให้คอมพิวเตอร์จะถูกวิเคราะห์และคํานวน โดยการใช้ Fast Fourier Transformation (FFT) สัญญาณที่รับมาจะถูกคํานวน time domain กราฟต่างๆจากการคํานวนอยู่ในรูปที่ 7.2 ด้านขวาล้าง

Page 10: Gridding Chatter - Origin and Suppression (Thai Version)

การวัดที่แท้จริงสําหรับการกัดในวงนอกอยู่ในรูปที่ 7.3 static และ dynamic compliance จะลดลงด้วย amplitude-frequency

ในรูปที่ 7.5 แสดงถึงระบบการกัดล่าสุดในตลาดและผลการวิเคราะห์ dynamic behavior ของชนิดต่างๆเฉพาะข้อมูล ID ที่เป็นข้อมูลเก่ากว่า 15 ปี

การวิเคราะห์การสั่นและผิวของล้อกัดและชิ้นงาน chatter marks ที่สามารถเห็นด้วยตาเปล่าเป็นจุดแรกที่บ่งบอกถึงการสั่น ในเรื่องของการสั่นด้วยตัวเองของชิ้นงาน ล้อกัดจะมีสัดส่วนเท่าเดิม การกระตุ้นจากภายนอกยังสามารถทําให้เกิดคลื่นบนผิวงานได้เล่นกัน ในขณะที่การสั่นของล้อกัดเพิ่มมากขึ้น คลื่นที่เกิดบนผิวงานจะเริ่มเกิดขึ้นเช่นกัน

การวิเคราะห์หาสาเหตุของ chatter ควบคู่ไปกันการวิเคราะห์ การสั่นโดย vibration analysis

ผลการทดลองการกัดด้วยเครื่องมือวัดการสั่นในรูปที ่7.7 แสดงให้เห็นว่าการตัด OD การวัดหาการสั่นจะทําทุกๆ 15 วินาที และจะดูที่ความถี่ตั้งแต่ 1500 Hz เป็นต้นไป ที่ความถี่ 550-600 Hz จะเป็นจุดที่เกิดการสั่นมากที่สุด

Folkerts ได้ทดลองหาการสั่นในการกัดมากมาย รูปที่ 7.8 แสดงให้เห็นความสมดุลในการกัด OD

ในภาวะที่ไม่สมดุล เราสามารถแบ่งออกได้เป็นสามแบบ การไม่สมดุลจะเพิ่มมากขึ้นหลังจากความเร็วในการหมุนเพิ่มมากขึ้นและความเร็วของชิ้นงานเช่นกัน การพัฒนาประสิทธิภาพ dynamic โดยคํานึงถึงสมดุลแสดงในรูปที่ 7.9

Page 11: Gridding Chatter - Origin and Suppression (Thai Version)

การเปลี่ยนแปลงในสภาวะการตัดเช่น ความเร็วในการกัด สาร coolant หรือวัสดุที่กัด เป็นปัจจัยของ dynamic stiffness และ static cutting force สําหรับความกว้างของมีดกัดเป็นปัจจัยของ dynamic cutting stiffness ความเร็วของชิ้นงานก็เช่นกัน chatter สามารถลดได้โดยการลดความเร็วของชิ้นงาน

8. สรุป

เราสรุปได้ว่าในการสั่นด้วยตัวเองนั้น regenerative effect บนผิวงานและล้อกัดเป็นปัจจัยหลัก การเกิด chatter ในการกัดนั้นเกิดขึ้นด้วยสาเหตุมากมาย แต่ยากที่จะสรุปถึงสาเหตุหลักได้เพราะการตรวจที่ทําได้ยาก แต่สาเหตุเหล่านั้นยากที่จะเปลี่ยนแปลงในขณะที่ตัดอยู่

เราสามารถยับยั้งการสั่นได้โดยการใช้ระบบตรวจการที่ประกอบด้วยตัวตรวจและตัวปรับสภาวะตัด sensor และ actuator สมัยใหม่จะถูกนํามาใช้เพื่อการนี้

ในการตัดหยาบเราสามารถปรับความเร็วในการตัดและชิ้นงานได้เพื่อลดปัญหาต่างๆ และการเพิ่ม stiffness และ damping ก็สามารถเพิ่มความสมดุลได้

การเข้าใจถึงการเกิดของ chatter สามารถทําให้วิศวกรเครื่องกัดในการหาและตรวจจุดเกิดของ chatter และแก้ปัญหาได้