Possibilities of using stability lobe diagram for stability prediction of high speed milling of thinwalled details

Високошвидкісне фрезерування – продуктивний і ефективний процес, який стає все більш популярним в наш час. Особливо при фрезеруванні тонкостінних елементів деталей з аеродинамічними поверхнями. На виробництві часто стикаються з проблемою отримання тонкостінних деталей пов’язаною з виникненням вібрацій і теорія побудови діаграм вібросталості в більшості випадків не дозволяє уникнути цієї проблеми шляхом вибору відповідних умов різання. На практиці режими обробки з мінімальними вібраціями для фрезерування тонкостінних деталей визначаються, як правило, експериментальним шляхом. В даній роботі автори представляють основні відмінності кінцевого фрезерування тонкостінних деталей від класичного кінцевого фрезерування, показують особливості процесу фрезерування тонкостінних деталей і аспекти, які впливають на якість обробленої поверхні. Метою даної роботи є підтвердження, що при високій швидкості кінцевого фрезерування тонкостінних деталей причиною несталості процесу різання є не тільки виникнення регенеративних коливань. Проведена порівняльна оцінка вібросталості, отриманої за допомогою розрахункового методу та побудованою за експериментальними даними.High-speed milling is a cost and time effective process, which becomes more popular nowadays. It is especially available at milling of thin-walled structures of airfoil components. Manufacturer often faced with problem of producing thin-walled parts due to vibration and stability lobes theory in a lot of cases does not allow to avoid this problem by choosing the appropriate cutting conditions. In practice cutting condition for milling of thin walled detail is usually obtained by experimental way. In this paper authors present main differences of thin-walled end milling from classical end milling and show features of thin-walled end milling process and aspects, which effect on quality of surface finish. The aim of the paper is to validate that at high speed thin-walled end milling not only chatter is the reason of unstable cutting condition. Evaluation of stability, obtained by experimental tests, was compared with stability lobe diagram.Высокоскоростное фрезерование – производительный и эффективный процесс, который становится все более популярным в наше время. Особенно при фрезеровании тонкостенных элементов деталей с аэродинамическими поверхностями. На производстве часто сталкиваются с проблемой получения тонкостенных деталей связанной с возникновением вибраций. Теория построения диаграмм виброустойчивости в большинстве случаев не позволяет устранить эту проблему путем выбора соответствующих условий резания. На практике режимы обработки с минимальными вибрациями для фрезерования тонкостенных деталей определяются, как правило, экспериментальным путем. В данной работе авторы представляют основные отличия концевого фрезерования тонкостенных деталей от классического концевого фрезерования, показывают особенности процесса фрезерования тонкостенных деталей и аспекты, которые влияют на качество обработанной поверхности. Целью данной работы является подтверждение гипотезы, что при высокоскоростном концевом фрезеровании тонкостенных деталей причиной неустойчивости процесса резания является не только возникновение регенеративных колебаний. Проведена сравнительная оценка виброустойчивости, полученная с помощью расчетного метода и построенной по экспериментальным данным

Влияние осевой глубины резания на шероховатость поверхности при высокоскоростном фрезеровании тонкостенных деталей

The paper presents the results of research on the dynamics of end milling of thin-walled work-pieces having complex geometric shapes. Since the milling process with shallow depths of cut is characterized by high intermittent cutting, the proportion of regenerative vibrations decreases, and the effect of forced vibrations on the dynamics of the process, on the contrary, increases. The influence of  axial depth of cut on the vibrations arising during processing, and roughness of the processed surface have been studied in paper.  The experiments have been carried out in a wide range of changes in the spindle speed at different axial cutting depths.  Vibrations of a thin-walled work-piece  have been recorded with an inductive sensor and recorded in digital form. Then an oscillogram has been used to estimate the amplitude and frequency of oscillations. The profilograms of the machined surface have been analysed. Roughness has been evaluated by the parameter Ra. The results have shown similar relationships for each of the investigated axial cutting depths. The worst cutting conditions  have been observed when the natural vibration frequency coincided with the tooth frequency or its harmonics. It is shown that the main cause of vibrations in high-speed milling  is forced rather than regenerative vibrations. Increasing the axial depth of cut at the same spindle speed increases the vibration amplitude. However, this does not significantly affect the roughness of the processed surface in cases when it comes to vibration-resistant processing.В статье представлены результаты исследований динамики концевого фрезерования тонкостенных деталей сложной геометрической формы. Поскольку процесс фрезерования с малыми глубинами резания характеризуется высокой прерывистостью резания, доля регенеративных колебаний уменьшается, а влияние вынужденных колебаний на динамику процесса, напротив, увеличивается. Изучено влияние осевой глубины резания на колебания, возникающие при обработке, и шероховатость обработанной поверхности. Опыты проводили на специально сконструированном стенде, позволяющем раздельно исследовать влияние режимов резания и динамических характеристик тонкостенной детали на динамику фрезерования. Эксперименты выполнены в широком диапазоне изменений скорости вращения шпинделя при различных осевых глубинах резания. Колебания тонкостенной детали регистрировали индуктивным датчиком и записывали в цифровом виде. Затем по осциллограмме оценивали амплитуду и частоту колебаний. Проанализированы профилограммы обработанной поверхности. Шероховатость оценивали по параметру Ra. Результаты показали схожие зависимости для каждой из исследованных осевых глубин резания. Наихудшие условия резания наблюдались в случаях, когда собственная частота колебаний совпадала с зубцовой частотой или ее гармониками. Показано, что основной причиной вибраций при высокоскоростном фрезеровании являются вынужденные, а не регенеративные колебания. Увеличение осевой глубины резания при одинаковых частотах вращения шпинделя повышает амплитуду колебаний. Однако это несущественно влияет на шероховатость обработанной поверхности в случаях, когда речь идет о виброустойчивой обработке

Можливість використання пелюсткових діаграм для прогнозування вібросталості високошвидкісного фрезерування тонкостінних деталей

High-speed milling is a cost and time effective process, which becomes more popular nowadays. It especially available at milling of thin-walled structures of airfoil components. Manufacturer often faced with problem of producing thin-walled parts due to vibration and stability lobes theory in a lot of cases does not allow to avoid this problem by choosing the appropriate cutting conditions. In practice cutting condition for milling of thin walled detail is usually obtained by experimental way. In this paper authors present main differences of thin-walled end milling from classical end milling and show features of thin-walled end milling process and aspects, which effect on quality of surface finish. The aim of the paper is to validate that at high speed thin-walled end milling not only chatter is the reason of unstable cutting condition. Evaluation of stability, obtained by experimental tests, was compared with stability lobe diagram.Высокоскоростное фрезерование – производительный и эффективный процесс, который становится все более популярным в наше время. Особенно при фрезеровании тонкостенных элементов деталей с аэродинамическими поверхностями. На производстве часто сталкиваются с проблемой получения тонкостенных деталей связанной с возникновением вибраций. Теория построения диаграмм виброустойчивости в большинстве случаев не позволяет устранить эту проблему путем выбора соответствующих условий резания. На практике режимы обработки с минимальными вибрациями для фрезерования тонкостенных деталей определяются, как правило, экспериментальным путем. В данной работе авторы представляют основные отличия концевого фрезерования тонкостенных деталей от классического концевого фрезерования, показывают особенности процесса фрезерования тонкостенных деталей и аспекты, которые влияют на качество обработанной поверхности. Целью данной работы является подтверждение гипотезы, что при высокоскоростном концевом фрезеровании тонкостенных деталей причиной неустойчивости процесса резания является не только возникновение регенеративных колебаний. Проведена сравнительная оценка виброустойчивости, полученная с помощью расчетного метода и построенной по экспериментальным данным.Високошвидкісне фрезерування – продуктивний і ефективний процес, який стає все більш популярним в наш час. Особливо при фрезеруванні тонкостінних елементів деталей з аеродинамічними поверхнями. На виробництві часто стикаються з проблемою отримання тонкостінних деталей пов’язаною з виникненням вібрацій і теорія побудови діаграм вібросталості в більшості випадків не дозволяє уникнути цієї проблеми шляхом вибору відповідних умов різання. На практиці режими обробки з мінімальними вібраціями для фрезерування тонкостінних деталей визначаються, як правило, експериментальним шляхом. В даній роботі автори представляють основні відмінності кінцевого фрезерування тонкостінних деталей від класичного кінцевого фрезерування, показують особливості процесу фрезерування тонкостінних деталей і аспекти, які впливають на якість обробленої поверхні. Метою даної роботи є підтвердження, що при високій швидкості кінцевого фрезерування тонкостінних деталей причиною несталості процесу різання є не тільки виникнення регенеративних коливань. Проведена порівняльна оцінка вібросталості, отриманої за допомогою розрахункового методу та побудованою за експериментальними даними

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ВЫБОРА РЕЖИМОВ ФРЕЗЕРОВАНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕТАЛЕЙ

Description of the method automatizatiom of optimal cutting condition determination for milling of thin-walled structures  Описание методики автоматизированного расчета и выбора оптимальных режимов фрезерования тонкостенных элементов деталей. Фрезерование1; вынужденные колебания2; тонкостенный элемент детали3; профилограмма4; осциллограмма5; амплитуда

Влияние осевой глубины резания на шероховатость поверхности при высокоскоростном фрезеровании тонкостенных деталей

The paper presents the results of research on the dynamics of end milling of thin-walled work-pieces having complex geometric shapes. Since the milling process with shallow depths of cut is characterized by high intermittent cutting, the proportion of regenerative vibrations decreases, and the effect of forced vibrations on the dynamics of the process, on the contrary, increases. The influence of axial depth of cut on the vibrations arising during processing, and roughness of the processed surface have been studied in paper. The experiments have been carried out in a wide range of changes in the spindle speed at different axial cutting depths. Vibrations of a thin-walled work-piece have been recorded with an inductive sensor and recorded in digital form. Then an oscillogram has been used to estimate the amplitude and frequency of oscillations. The profilograms of the machined surface have been analysed. Roughness has been evaluated by the parameter Ra. The results have shown similar relationships for each of the investigated axial cutting depths. The worst cutting conditions have been observed when the natural vibration frequency coincided with the tooth frequency or its harmonics. It is shown that the main cause of vibrations in high-speed milling is forced rather than regenerative vibrations. Increasing the axial depth of cut at the same spindle speed increases the vibration amplitude. However, this does not significantly affect the roughness of the processed surface in cases when it comes to vibration-resistant processin