Chatter Stability of Metal Cutting (Thai Version)

ความมั่นของ chatter ในการตัดและกัดเหล็ก________________________________________________________________________

ประเด็นสําคัญ

ในรายงานนี้จะพูดถึงการหา chatter vibration ในการตัดและกัดเหล็ก การหลบเลี่ยง chatter vibration ในเป็นสิ่งสําคัญในอุตสาหกรรม การใช ้orthogonal stability ในการกลึงนั้นจะถูกวิเคราะห์ การวิเคราห์การเจาะเช่นกัน การ dynamic modeling และ chatter stability ของการขัดจะถูกวิเคราะห์ stability model ต่างๆ จะถูกเปรียบเทียบกับ simulation model ต่างๆ dynamic time model ของการกัดแบบ transverse และ plunge จะถูกนํามาวิเคราะห์ผล การยับยั้งแบบ off-line และ real-time จะถูกนํามาใช้เพื่อลด chatter ในรายงานนี้จะเสนอหัวข้อสําหรับการคํานวน chatter และการยับยั้งเพื่อน้ําไปใช้ในระดับอุตสาหกรรม; การตัด,กัด,chatter

1. บทนํา

แรงในการตัดและกัดเหล็กเป็นที่สนใจในการค้นคว้าตั้งแต่การก่อตั้งของ CIRP ซึ่งรายงานนี้อุทิศให้ Professor J. Tlusty ซึ่งเป็นผู้ที่นําเสนอการวิเคราะห์แรงในการตัด เขาเน้นการ modeling และวัดแรงตัดและความสําคัญที่มีต่อ chatter stability Peters สํารวจการกัด ในขณะที่ Inasaki และ Karpuschewski หา chatter ในการกัด ในรายงานของ CIRP โดยรายงานนี้จะมุ่งไปที่การคํานวนหาแรงในการตัดและกัด การคาดเดา chatter stability ในการทํางานต่างๆ และในการหลบเลี่ยง off-line และ on-line chatter ที่ทําในระดับอุตสาหกรรม

รายงานนี้แบ่งได้เป็นดังนี้: การสํารวจ chatter ของ Tlusty และ Tobias จะเสนอในช่วงที่ 2 หลักการของพวกเขาเป็นพื้นฐานของการเข้าใจแรงในการตัดและ chatter stability การใช ้orthogonal cutting เช่นการกลึงจะนําเสนอในช่วงที่ 3 เรื่องของแรงและการวิจัยในช่วงที่ 4 จะคาดเดาถึงทั้งแรงและการสั่นด้วยตัวเอง, chatter vibration ในการเจาะรู้ การคํานวน dynamic milling ในช่วงที่ 5 หลักการของความมั่นคงทั้งเก่าและใหม่อยู่ในช่วงที่ 6 ช่วงที่ 7 จะพูดถึง การยับยั้ง on-line และ off-line ใน chatter vibration การพัฒนาและค้นคว้าในเรื่อง dynamic cutting ในช่วงที่ 8 และการสรุปความรู้ในเรื่องแรงในการตัดและกัดในช่วงที่ 9

2. การตัดเหล็กแบบ orthogonal และ chatter stability lobes

การค้นคว้า orthogonal chatter stability ถูกเริ่มต้นโดย Tlusty, Polacek, Tobias และ Fiswick พื้นฐานของ chatter มิติเดียวของ Tlusty และ Tobias ถูกนํา

เสนอโดยการใช้ orthogonal, plunge turning อย่างที่เห็นในรูป 1a ดิสก์ที่ติดกับแท่งจะติดอยู่กับเครื่องกลึงใบมีดมีหน้าตัดที่แบนและจะใช้แรง tangential ในการตัดในทิศทางของแรงตัด และแรงป้อน ความหนาของชิบอยู่ในทิศทางที่ตั้งฉากกับหน้าตัด

Kt, Kf คือทิศทางของการตัด ซึ่ง Kt, Kf นั้นขึ้นอยู่กับสัดส่วนของชิ้นงาน, ความหนาของชิบ, ความเร็วในการตัด, สารหล่อ และวัสดุที่ตัด ความหนาของชิบสามารถหาได้โดย

T คือความเร็วของหัวหมุน โดยการมองว่า ดิสก์-แท่งเป็นของชิ้นเดียวกันเราสามารถหา dynamic orthogonal cutting ได้โดย

เราสามารถใช้ Frequency Response Function (FRP) ในการแปลงการติดตั้งให้เป็น

เราจะให ้Kt เป็นค่าคงที่ chatter stability จะเกี่ยวข้องกับความลึกในการตัดและคาบของหัวหมุนโดยตรง ทั้ง Tlusty และ Tobias สร้างสมการกฎของ chatter stability ซึ่งแพร่หลายในปี 1950

จารสมการ จะสามารถหาควาึกจริงที่ถูกตัดเมื่อ G(w) เป็นค่าติดลบ ค่าต่ําสุดของ G(w) ที่แสดงในรูปที่ 2 หากสภาวะการตัดเป็น lobe การตัดจะไม่คงที่จากการเพิ่มขึ้นของการสั่น, dynamic cutting force และผิวที่ขรุขระ ความถี่ของ chatter สามารถหาได้โดย Fourier Spectrum ของสัญญาณความสั่น

Tobias เสนอว่า Kr ควรเป็นเลข complex เพื่อความแม่นยําและเพื่อให้อธิบายความเปลี่ยนแปลงของหน้าข้างของมีด ความชันของคลื่น และความเสียดทานที่เกิดขึ้นกับชิบ ดูรูปที่ 3 การตรวจดู chatter stability ในการหมุนความเร็วต่ํานั้นทําได้ยากจากการหาแรงซับ หากมีรอยคลื่นที่ชิ้นงาน องศาของมีด

ในรูปที่ 3 จะกลายเป็นศูนย์ การซับจะมีผลมากที่สุดเมื่อความเร็วในการหมุนได้ช้าเมื่อเทียบกับความถี่ chatter vibration แต่การคํานวนไม่สามารถอธิบายถึงการสัมผัสของชิ้นงาน กับใบมีดได้ หากดูการซับใน chatter stability CIRP ได้อธิบายทําการทดลองโดยงานของ Peters, Vanherck และ van Brussel หลักการ chatter โดย Tlusty และเรื่อง lobe โดย Tobias มีความสําคัญในการผลิตและการเลือกใช้อุปกรรวมถึงสภาวะการตัด

3. แรงในการกลึงและการคว้าน

การใช ้boring bar ในการคว้านเพื่อรูคว้านขนาดใหญ ่แท่ง, หัวหมุน, และ tool holder คือตัวที่ทําความยืดหยุ่นที่ทําให้เกิด chatter ในการกลึง ทั้งสองวิธีมีระบบที่คล้ายๆกันเพราะความคล้ายของใบมีด รูปแบบในการตัดในรูปที่ 4 เราสามารถสร้างรูปการตัดได้

ทิศทางของการตัด ความหนาของชิบและทิศทางล้วนมีส่วนสําคัญ เราสามารถหาแรงตัดได้โดย

ซึ่งแรงการตัดอย่างเช่น Kt,Kf,Kr จะถูกพิจารณาในเรื่อง shear stress, shear angle, friction coefficient และสัดส่วนของใบมีด เราสามารถแยกแรงตัดจากรูปที่ 4 ได้เป็น:

แรงตัดจะถูกคํานวนโดย

เราจะสร้าง matrix ของ FRP

ความหนาของชิบสามารถคิดได้โดย

dpq หรือ directional factor สําหรับการตัดนิ่งคือ

directional factor สามารถนํามาหาความหนาของชิบได้ จากการที่เครื่องมีการสั่น

ความแม่นยําในการคาดเดา chatter นั้นขึ้นอยู่กับหลายตัวแปร การสั่นของ chatter นั้นโดยธรรมาดาอยู่ที่หนากว่า 200 Hz โดยขึ้นอยู่กับความยาวของชิ้นงานในการคว้านหรือสัดส่วนของแท่งทีจะถูกกลึง และความเร็วหัวหมุนอยู่ที่ต่ํากว่า 1500 rpm หรือ n < 25 Hz อัตราส่วนของความถี่ chatter ต่อ ความถี่หัวหมุนคือ

การที่ผิวหลบกระทบกับผิวที่เป็นคลื่นก่อให้เกิดการเสียดสีดังในรูปที่ 3

ความหนาของชิบนั้นขึ้นอยู่กับความลึกในการตัด อัตราการจ่าย, nose radius และ approach angle ในรูปที่ 5 แสดงให้เห็นว่า nose radius ทําให้การตัดไม่มี approach angle ที่คงที่เพราะฉนั้นแรงตัดจะขึ้นอยู่กับอัตราการจ่าย, nose radius, approach angle, และความลึก

ในการวิเคราะห์ frequency domain จะต้องใช้ regenerative feedback มากมายซึ่งคลื่นอาจไม่เท่าเทียมกันและแรงตัดจะขึ้นอยู่กับความลึกในการตัดและ chip load ดังในรูปที่ 6

4. แรงในการเจาะ

การเจาะคือการหมุนของแท่งที่มีคมตัดตรงปลาย จะมีการสกัดชิ้นงานออกไป ดังในรูปที่ 7 จุดศูนย์กลางของลูกสว่านจะสกัดชิ้นงานออกโดยการเจาะ การมีรูนําสามารถช่วยในการเจาะได้ สมการการขยับสามารถจําแนกได้ดังนี้

ในการเจาะนั้น แงรและแรงบิดจะสอดคล้องกับความหนาของชิบ,ความกว้างในการตัด,ชนิดของวัสดุ,รูปแบบการเจาะ,การสั่นของปลายสว่าน

เมื่อสว่านสั่นเราจะต้องอธิบายความหนาของชิบในรอยตัดโดยการคํานึงถึงการสั่นในทุกทิศทางในการคาดเดาแรงตัด Fz ดังนี้

เพราะแรงตัดนั้นไม่คํานึงถึงทิศทางใดๆ การหา EOM จึงเป็นไปได้ยาก และขั้นตอนการตัดก็ซับซ้อนขึ้นเพราะหน้าข้างของมีดที่เปลี่ยนแปลงไป

อีกหนึ่งสาเหตุของ chatter ในการเจาะคือ torsional-axial coupling ของการสั่นในการเจาะ เมื่อสว่านสั่น การตัดก็ไม่คงที่ ทําให้ผิวมีลักษณะเป็นคลื่น รูเจาะที่เกิด chatter อยู่ในรูปที่ 8

4.1 ความมั่นคงใน torsional-axial chatter

Bayly ศึกษาความมั่นคงในการเจาะโดยไม่คํานึงถึงการสั่นแบบ lateral แต่คํานึงถึง torsional และ axial displacement เขาไม่สนใจความหนาของชิบที่เกิดจากการสั่นแบบ torsional การเจาะแบบ dynamic สามารถสรุปได้เป็น

ซึ่ง b คือแนวกว้างของการตัด, N คือจํานวนของ flutes และ Kf และ Kt คือ thrust force torque coefficient ระบบจะถูกกระตุ้นโดยแรงกดและ torque โดยคํานึงถึงเวลา z(t) สรุปได้ว่าแนวกว้างของการตัดจะเป็น

4.2 ความมั่นคงของ lateral chatter

Bayly ยังได้ศึกษาถึงเมื่อ การสั่นแบบ torsional-axial ไม่มีผล และนําความหนาของชิบจาก การสั่นใน lateral มาคิด เขาได้สร้างสมการสองตัวแปร เพื่ออธิบายแรงในการตัด ดังในรูปที่ 9

EOM ของการหมุนดังกล่าว

ซึ่ง Kt, Kf คือแรงในแนว tangential และ แรงตัด

4.5 ความท้าทายในการค้นคว้า

มีการค้นคว้ามากมายที่พยายามคาดเดาแรงในการตัดให้แม่นยํา การเปลี่ยนแปลงของความเร็วในการตัด, มุม rake, มุม oblique คือตัวแปรในการคาดเดาแรงในการตัด ในเรื่องของการสั่นในการตัด mode เดียวก็นํามาศึกษาในการคาดเดาเช่นกัน ในความเป็นจริง การสั่นใน torsional และ axial เกิดพร้อมๆกันในการเจาะรู

การสั่นแบบ chatter ในการเจอะรูลึกๆมีความยากเกี่ยวกับเวลา เวลาจะถูกนํามาใช้ต่อเมื่อต้องการการคํานวนชั้นสูง การสั่นแบบ whirling ในการเยอะจรูลึกนั้นยากที่จะอธิบาย เพราะเป็นการทําให้งานชํารุด การพัฒนาระดับที่ป้องกันได้แบบ real time กําลังเป็นที่สนใจในอุตสาหกรรม

5. แรงในการขัด

การขัดคือการตัดแบบหลายใบมีด การค้นคว้ามากมายบ่งชี้ว่าความเร็วในการขัดนั้นเป็นปัจจัยสําคัญ Tlusty และผู้ช่วยได้พยายามอธิบาย chatter ในการขัดสาเหตุและการลด

5.1 การคํานวนแรงในการขัด

สภาวะในการขัดแสดงอยู่รูปที่ 12 หากเราคิดเสมือนว่าใบตัดมีคมเดียวซึ่งห่างคิดเป็น y และทิศทางการจ่ายอยู่ในแกน x เราสามารถหาแรงในแกนต่างๆได้ดังนี้

ซี่ง Kr คืออัตราของ radial:tangential cutting force แรงทั้งหมดรวมได้เป็น

แรงตัดในแกนจ่ายและตั้งฉากคือ

dynamic chip load สร้างโดยฟันตัดแล้วการสั่นคือ

การสั่นในเวลา t และ (t-T) แสดงได้เป็น

อย่างใดก็ตาม Tlusty ได้สร้างสมการสําหรับแรงตัดของ orthogonal spring ในทิศทางของแรงตัดเป็น

5.2 การคํานวน modeling ของ two-dimensional dynamic milling

Sridhar ได้กล่าวไว้ว่า การขัดมีแรงควบคู่และจะต้องมีการแยกแยะอย่างนี้ให้เป็น two dimensional เค้าจะใช ้feed (x) และ normal (y) แทนการสั่นและแรงตัด

เรื่องนี้จะใช้หลักการของ Tlusty แต่จะใช้ทิศทางที่แตกต่างไปและใช้แรงที่หาได้โดยสูตรของ Opitz

ซึ่งจะสามารถลดปัญหาได้มาก

5.3 Time domain modeling ของแรงในการขัด

งานจะถูกจ่ายมาในแนวนอนสู่เครื่องตัดหลายคมที่หมุนอยู่ในการขัด ความหนาของชิบจะเกี่ยวข้องกับการสั่นของเครื่องและชิ้นงาน Tlusty ใช ้time domain ในการจําลองการขัด เขายังได้หาความหนาของชิบในมุมต่างด้วยคอมพิวเตอร์ วิธีการนี้ถูกนําไปใช้ต่อมากมายในการวิเคราะห์เครื่องมือในเรื่องแรงและสัดส่วนการตัดต่างๆ

ดังรูปที่ 13 หากจุดบนใบมีดมีการหาตําแหน่งและขึ้นอยู่กับความเร็วล้อหมุน, รูปแบบของเครื่องมือ, แนวกว้างและความลึกในการตัด

จุดบนชิ้นงานจะขยับในแนวนอนไปหาใบมีดที่หมุนอยู่และสั่นอยู่

การสั่นของทั้งชิ้นงานและใบมีดสามารถคาดเดาได้ด้วยการใช้แรงในการตัดในอุปกรต่างๆ ในบ้างช่วงเวลา

N คือจํานวนของฟันในใบมีด m,c,k คือ mass,damping,stiffness ของเครื่องมือหรือชิ้นงาน

5.4 การทดลองและจําลอง

การจําลอง time domain โดยคํานึงถึง kinematic, milling, mechanics ของเครื่องขัด หรือการที่มีดเกิดการกระโดดจึงเกิดคลื่นบนชิ้นงาน การจําลองนั้นจะถูกทดลองเพื่อหาสัดส่วนของใบมีด เพราะฉนั้นเราสามารถใช้วิธีนี้หาความแม่นยําของความถี่ใน domain ต่างๆได้

การคาดเดาแบบ lobe จะถูกนํามาเปรียบเทียบกับการขัดแบบ slot, half,และ quarter โดยใบตัดสี่ใบ คาสต่างๆในการตัดอยู่ในตารางที่ 1

การขัดแบบ slot (ดูรูปที่ 15)

การจําลองความมั่นคงของ lobe ใน time domain จะถูกเปรียบกับการคาดเดา lobe โดยการใช้ domain ความถี่โดย Tlusty, Opitz, และ Altintas & Budak domain ความถี่โดย Altintas & Budak ใกล้เคียงกับ domain จริง ในขณะที่ของ Tlusty และ Opitz นั้นเกินความมั่นคง

spectrum ของการสั่นนั้นไม่สามารถมองเห็นได้เพราะแรงตัดคงที่ในการชัดแบบ slot เมื่อใบมีดมีใบตัดถึงสี่ใบหรือมากกว่า

การขัดแบบ half-immersion (ดูรูปที่ 16)

ทั้งสามแบบสามารถคาดเดาความมั่นคงของ chatter ได้อย่างแม่นยํายกเว้น Altintas & Budak

ที่คาดว่ารูป่างของ lobe นั้นคล้ายคลึงกับการจําลองมากที่สุด เราสามารถเห็นได้ว่าค่าของแรงตัดและการสุ่นได้เพิ่มมากขึ้นเท่าตัวหลังจากเกิด chatter

การขัดแบบ quarter immersion (ดูรูปที่ 17)

วิธีการทั้งสามแสดงผลความมั่นคงของ lobe แทนจะเท่ากันซึ่งใกล้เคียงกับการจําลอง time domain ทั้งของ Tlusty และ Opitz คาดเดาไว้ต่ํากว่าความลึก chatter ที่เกิดขึ้นจริง ซึ่งเป็นตัวอย่างของ time domain chatter นั้นขึ้นอยู่กับทิศทางของ y ที่เห็นใน Fourier spectrum ของการสั่น เมื่อการ immersion ต่ําจะทําให้แรงไปมากอยู่ทิศทางเดียว นั้นคือทาง y แต่ในเมื่อการ immerse แบบ radial เกิดขึ้น จะทําให้การคาดเดาเป็นไปได้แม่นยํากว่า

การขัดแบบ high intermittent with small immersion (ดูรูปที่ 18)

ความมั่นคงของการขัดแบบความลึก radial ต่ํานั้นถูกคาดเดาโดยการหาค่าเฉลี่ยทิศทาง อุปการการตัดและค่าในการตัดอยู่ในรูปที่ 18 ทั้งสองวิธี (Budak และ Altintas) คาดเดา chatter ที่จุด A, ความถี่ 0 แรงตัดและการสั่นถูกคาดเดาโดยการใช้ time domain จําลองในรูป 18 a,b,c

ที่จุด A (n = 30000 rpm, a = 2 mm.) ทั้งความถี่ 0 และความถี่หลากหลาย ให้ผล chatter ในทั้งสองคําตอบ ความลึกในการตัด มีความใกล้เคียงกันสูง การสั่นแบบนี้เรียกว่า Hopf Bifurcation

ที่จุด B (n = 34000 rpm, a = 3 mm.) ตั้งอยู่ที่จุดที่มีความมั่นคง กาคาดเดา lobe การความถี่หลากหลาย แต่คํานวนโดยจุดไม่มั่นคงที่จุดความถี่ 0 การจําลอง time domain ในรูป 18b แสดงถึงขั้นตอนที่มีความมั่นคง ความถี่ของชิ้นงานและแรงตัด

ที่จุด C (n = 38000 rpm, a = 2 mm.) คาดเดาไว้ว่าจะสมดุลในตําแหน่งความถี่ 0 แต่เป็นจุดที่มีความถี่มาก การจําลองแรงตัดและการสั่นของชิ้นงานเป็นไปได้ยากเพราะมีความแรงสูงและ spectrum สามารถดูได้ในรูปที่ 18c การคาดเดาความสมดุลนั้น Davies ได้รวบรวมไว้ในหนังสือของเค้า เราสามารถสรุปได้ว่าความสมดุลในการขัดเป็นที่ศึกษาและเข้าใจในระดับอุตสาหกรรมในการตัดความเร็วสูง แต่ในการตัดช้ายังต้องการการต้นคว้าเพิ่ม

6. แรงในการขัด

การเกิดการสั่นในการขัดระหว่างการทํางานเป็นสิ่งที่ทําให้คุณภาพของงานลดลง เราต้องการที่จะแยกความแตกต่างระหว่างการสั่นที่เกิดจากแรงกับการสั่นด้วยตัวเอง แรงภายนอกจะไม่มีผลกระทบในการสั่นด้วยตัวเอง สาเหตุสําคัญมนการเกิดการสั่นในการตัดคือ regenerative effect ซึ่งทําให้อุปกรสั่นที่จะทําให้เกิดรอยหรือคลื่นบนผิวงาน การตรวจหา chatter ถูกนําเสนอโดย CIRP

การคํานวนด้วย phase angle criterion สามารถนํามาหาลักษณะของการขัดแบบ plunge และ transverse ที่จพหาการขัดที่ต่ํากว่า 90 degrees เพื่อสรุปได้ว่าเป็นการไม่สมดุล

การจําลองแบบ time domain ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อวิเคราะห์การชัดในการเกิด chatter ด้านล้างคือการจําลองการวิเคราห์ dynamics ในการขัดแบบ cylindrical traverse 6.1 ลักษณะของแรงในการขัดแบบ cylindrical

traverse with cylindrical roughing zone

การเกิดคลื่นบนชิ้นงานและล้อกัดที่เรียกว่า step-wear นั้นจะคํานึงถึงการกัดแบบ traverse แบบ cylindrical roughing zone เมื่อเริ่มการกัดการสึกหรอที่เกิดขึ้นจะอยู่ในช่วงความกว้างของล้อกัด การกัดแบบ traverse สามารถเรียกได้ว่าเป็นการกัดแบบ plunge หลายๆจุดมารวมกัน ในรูปที่ 21 จะเห็นได้ว่า ระบบ closed loop มากมายรวมกันเป็นระบบตรวจการที่ทํางานร่วมกันเพิ่มประเมินความสึกหรอบนชิ้นงาน

6.2 การจําลอง time domain

จาก closed loop ในรูปที่ 21 การจําลอง time domain สามารถทําได้ ผิวของชิ้นงานและล้อกัดสามารถจําลองได้เป็น จุดต่างๆ ดังในรูปที่ 22

จุดต่างๆเหล่านี้สามารถเรียกได้ว่า field ทําให้เราสามารถคํานวนหาสภาวะการสัมผัสที่เกิดขึ้นระหว่างชิ้นงานและล้อกัดได้ทุกช่วงเวลา การจําลองนี้ทําให้เราคาดเดาแรงตัด, การกระจัดและผิวของงานและล้อกัดได้

จากการที่เรารู้ถึง แรงและการสึกหรอ ทําให้เราจําลอง dynamic behavior ของการกัดได้ ในรูปที่ 23 แสดงการคํานวนหาแรงการกัดและการกระจัดในช่องระหว่างการกัดได้ ซึ่งหลังจากเริ่มทํางานจะเกิด

การสั่นจะค่อยๆเพิ่มมากขึ้นเช่นเดียวกันกับการกระจัด ดังในรูปที่ 24 และ 25 แสดงถึงเวลาและผิวของชิ้นงานและ wear-step ที่สามที่ล้อกัด และ radial cut ของล้อกัดในการหมุนรอบที่ 32

7. การยับยั้งและการหลบหลีก chatter vibration

หากไม่มีการหลบหลีก chatter vibration จะทําให้เกิดผิวงานที่มีคุณภาพต่ํา ใช้แรงตัดมากเกินควรตรงใบมีดและหัวหมุนจะก่อให้เกิดการสึกหรอในระบบ เราควรมีการแยบการสั่นแบบสั่นด้วยแรงและ chatter vibration จากการสั่นด้วยแรงระหว่างการตัด แรงจากภายนอกสามารถตรวจโดย spectrum of vibration และการสั่นด้วยแรงจะเกิดขึ้นที่หัวหมุนหรือฟันเมท่อใบมีดผ่านชิ้นงาน แต่ chatter vibration นั้นจะเกิดใกล้เคียงกับความถี่ธรรมชาติ การลดแรงและการสั่นสามารถทําโดยการออกแบบเครื่องมือ ตัวยึด และอุปกรต่างๆให้มี dynamic stiffness สูงโดยเฉพาะในทิศทางของการตัด

การติด damper ในทางของแรงตัดทําให้แรงสั่นนั้นลดลงดังในตารางที่ 2 อุปกร damper ที่ใช้ดังในตารางที่ 3 การยิงแรงสั่นไปที่อุปกรในทิศทางตรงข้ามกับแรงสั่นเพื่อลดการสั่นก็เป็นอีกหนึ่งวิธี

เมื่อเครื่องและอุปกรตัดได้ถูกเลือกแล้ว การหลบหลีก chatter vibration ก็เป็นปัจจัยสําคัญเช่นกันโดยทําให้การเสียหายของชิ้นงานลดลง การตรวจหา chatter และการหลบหลีกในการกัดนั้น Inasaki ได้รวบรวมไว้ในเอกสารของเขาแลเ้ว การยับยั้ง chatter ในการตัดเหล็กนั้นสามารถแบ่งออกได้เป็น on-line และ offline ซึ่ง sensor ในการช่วยมีดังนี้

7.1 การวางแผนขั้นตอนด้วย lobe

chatter vibration นั้นสามารถหลบเลี่ยงโดยการเลือกสภาวะการตัดที่คาดเดาจาก stability lobe ตัวอย่างเช่น stability lobe ในรูปที่ 17 แสดงให้เห็นว่าสภาวะการตัดที่ดีที่สุดใน quarter immersion ที่ 12000 rpm ความลึกการตัด 60 mm วัสดุ AI7050 โดยเครื่องที่มีลักษณธดังตารางที่ 1 เมื่อเทียบกับการตัดที่ 7000 rpm และความลึก 20 mm นั้นผลผลิตเพิ่มมากขึ้นถึง 500% ที่ 12000 rpm ซึ่งมี stability lobe ที่ลึกและกว้างที่สุด

ลักษณะระบบของ stability lobe นั้นอยู่ในรูปที่ 27

การคาดเดาโดย stability lobe เมื่อใช้ร่วมกับการจําลองแบบ time domain ของการตัดและการกัดเพื่อสรรหาสภาวะการตัดนั้นเป็นสิ่งที่แนะนําในการทํางาน วิศวกรสามมารถใช้ stability lobe ในการออกแบบอุปกรต่างๆในการตัด ระบบ damp มากมายสามารถใช้ในอุปกรเพื่อการผลิตสูงสุด

7.2 การหลบหลีก chatter แบบ real-time

การค้นคว้ามากมายมุ่งที่จะพัฒนา chatter vibration โดยการใช้ actuator ดังในตารางที่ 3 เพื่อที่จะเพิ่ม dynamic stiffness และลด regenerative effect ให้มากที่สุด แต่การวิจัยเหล่านี้น้อยนักที่สามารถนํามาใช้ในโรงงานได้จริง โดยมีสาเหตุสองอย่าง chatter vibration เกิดขึ้นในจุดที่มีความถี่ต่ํา ซึ่งทําให้ actuator ต้องมี dynamic force ที่สูงมาก ซึ่งในปัจจุบัน actuator ยังไม่สามารถทําได้อย่างที่คาดไว้

การใช ้sensor ตรวจจับ การสั่น แรง นั้น Weck ได้แสดงให้เห็นถึงการตรวจ chatter vibration ในการขัดโดยการผ่าน power spectrum ของแรงตัด Weck ยังได้แสดงถึงระบบการตัดลึกแบบอัตโนมัติในการกลึงจนกว่า chatter จะหายไป

Sexton & Stone เสนอการใช้ความเร็วหัวหมุนที่ไม่คงที่เพื่อรบกวนการเกิด chatter wave ในการกลัง Sastry นํา torque และ power มาวิเคราะห์จากหัวหมุน ซึ่งระบุว่าการที่ความเร็วหัวหมุนไม่คงที่จะสามารถลด chatter vibration ได้ต่อเมื่อมีความถี่ต่ํา

8. งานวิจัยในเรื่อง dynamic cutting / grinding ในปัจจุบัน

การคาดเดาและการยับยั้ง chatter vibration นั้นเป็นที่แพร่หลายและถูกนําไปใช้มากในระดับอุตสาหกรรม ระบบที่ประสบความสําเร็จมากที่สุดคือการขัดด้วยความเร็วสูงที่มี stability lobe ช่วยในการตัดที่มีความลึกสูง time domain สามารถช่วยในการคาดเดาซึ่งประสบความสําเร็จเช่นเดียวกัน

งานค้นคว้าที่เกี่ยวกับการกัดเหล็กนั้นจะมุ่งประเด็นไปที่การสัมผัสระหว่าง เหล็กกับชิ้นงาน chatter ในสภาวะการทํางานต่่างๆ ซึ่งเรื่องพวกนี้ทําให้ frequency domain นั้นตรวจหาค่าได้ยาก

อย่างใรก็ตาม actuator ที่ยังไม่สามารถนํามาใช้ได้จริงยังเป็นประเด็นหลักในการค้นคว้าอยู่ ซึ่งก้าวแรกนั้นคือการเพิ่ม dynamic stiffness ให้กับอุปกรต่างๆ

9. สรุป

รายงานนี้พูดถึงประเด็นการค้นคว้าแรงในการตัดและกัดเหล็ก โดย Tlusty และ Tobias เสนอกฏของ orthogonal chatter stability ในราวปี 1950 การใช้ frequency domain in chatter stability ในการกัดความเร็วสูงยังได้ถูกพัฒนาและนํามาใช้ในระดับอุตสาหกรรม การค้นคว้ามากมายใน time domain ของการกลึง คว้าน ขัด และกัดยังนําไปถึงการวิเคราห์แรงในต่างๆ รวมไปถึงการนํา stiffness, ชนิดวัสดุ, สัดส่วนวัสดุและสภาวะการตัดมาใช้ในการวิเคราห์ ความถี่และ time domain มีการจําลองเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องมือเพื่อเพิ่มผลการผลิต

chatter stability ยังเป็นงานวิจัยที่ยังไม่สมบูรณ์บนเพราะไม่สามารถใช้ได้ในการตัดในความเร็วหลากหลาย เช่นการใส่ damp ในชิ้นส่วนของเครื่องตัด การรวบรวมของระบบจําลอง และ chatter stability โดยการใช้ CAD/CAM นั้นสามารถทําให้เราวางแผนการผลิตเพื่อผลผลิตมากที่สุดนั้นกําลังอยู่ในขั้นตอนการทดลองก่อนที่จะลงไปในระดับอุตสาหกรรมจริง