Original title: Effects of Non-Linear Stiffness on Turn Process Stability in Horizontal Turning Machines
Translated title: Effects of Non-Linear Stiffness on Turn Process Stability in Horizontal Turning Machines
Authors: Hadraba, Petr ; Chih-Chun, Douglas Cheng, (referee) ; Kolář, Petr (referee) ; Hadaš, Zdeněk (advisor)
Document type: Doctoral theses
Year: 2023
Language: eng
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [eng] [cze]
Nelineární tuhost ovlivňuje dynamiku moderních obráběcícho strojů. Důležitým parametrem produktivity obráběcího stroje jsou samobuzené vibrace, které omezuje výkon obráběcího stroje. Tato práce byla motivována průmyslovým případem, kdy chování obráběcího stroje nelze předvídat tradičními metodami a stroj vykazuje významnou změnou dynamického chování. Tato práce krok za krokem představuje analýzu, která byla zaměřena na simulaci samobuzených vibrací a vlivu nelineární tuhosti na výslednou stabilitu chvění. Se zvyšující se složitostí modelu byl představen linearizační přístup, který umožňuje rychlejší analýzu stability obrábění. Pro lepší mapování a tvorbu stabilitního lobe diagramu pro nelineární strukturu je uveden algoritmus syntézy linearizovaných řešení v pracovním bodě. Linearizační přístup byl kombinován s nelineární statickou simulací s ohledem na model nelineárního chování lineárního kuličkového vedení a použit pro predikci chování chvění. Nelineární statický model využívá metodu dynamické kosimulace a substrukturování, aby do analýzy začlenil účinky strukturální deformace. Experimentální zkouška obrábění umožnila porovnat výsledky analýzy a prokázala dobrou shodu s maximálními frekvenčními odchylkami v pásmu 3 Hz. Nonlinear stiffness affects the dynamics of modern machine tools. An important parameter of machine tool productivity is self-excited vibration, which limits the performance of the machine tool. This work was motivated by an industrial case where the behaviour of a machine tool cannot be predicted by traditional methods and the machine exhibits a significant change in dynamic behaviour. This work presents a step-by-step analysis that was focused on the simulation of self-excited vibrations and the effect of nonlinear stiffness on the resulting vibration stability. As the complexity of the model increases, a linearisation approach has been introduced that allows faster analysis of the machining stability. For better mapping and creation of a stability lobe diagram for a nonlinear structure, an algorithm for the synthesis of linearised solutions at the working point is presented. The linearisation approach was combined with nonlinear static simulation considering the nonlinear behaviour model of the linear ball guide and used to predict vibration behaviour. The nonlinear static model uses a dynamic cosimulation and substructuring method to incorporate the effects of structural deformation into the analysis. The experimental machining test made it possible to compare the analysis results and demonstrated good agreement with the maximum frequency deviations in the 3 Hz band.
Keywords: Lineární kuličkové vedení; Nelineární dynamika; Samobuzené vibrace při obrábění; Soustruh; Chatter; Lathe; Linear ball guideway; Nonlinear dynamics

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/212499

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-530736


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Doctoral theses