Milling stability improvement through novel prediction and suppression techniques

Abstract

Chatter is one of the major problems in today’s milling processes. Theoretical models to calculate stability lobes are used to predict and avoid chatter onset. However, current predictions are not accurate enough and significant deviations between predicted and experimentally observed stability limits have been reported.The causes for these deviations are diverse and can be the result of the sum of multiple effects. According to previous works, main errors in stability prediction are related to lack of knowledge about double period instability (flip lobes) and inappropriate determination of dynamic parameters through standard experimental characterization techniques. This Thesis deals with these two problems that affect accurate chatter prediction, contributing with new knowledge and calculation methods for double period type lobes and developing a new methodology for a more accurate dynamic response identification. Nevertheless, an accurate chatter stability prediction does not necessarily imply an optimum use of the machine to maximize productivity, as it is required in current production environments. For this reason, three novel process stabilization techniques are proposed for those cases in which the designed machining process is subject to chatter vibrations.

El chatter és avui en dia un dels principals problemes en els processos de fresat. Per predir i evitar la seva aparició es disposa de models teòrics per al càlcul dels lòbuls d'estabilitat. No obstant això, les prediccions realitzades amb els models d'estabilitat de fresat no són robustes, presentant casos en què les desviacions entre la predicció i la realitat són importants. Les causes d'aquestes desviacions són variades i poden ser degudes a la suma de múltiples efectes. A la vista dels estudis previs realitzats, els principals errors es troben en l'omissió de lòbuls de doble període (lòbuls flip) i errors en la determinació experimental dels paràmetres dinàmics del sistema mitjançant mètodes tradicionals. Aquesta Tesi aborda aquests dos problemes principals en la predicció, aportant nous coneixements sobre el chatter de doble període i desenvolupant una nova metodologia per a un càlcul més precís de la resposta dinàmica del sistema.

No obstant això, una predicció precisa de les condicions que donen lloc a un procés de fresat estable no garanteix l'aprofitament òptim de la màquina per maximitzar la productivitat, tal com s'exigeix en l'entorn productiu actual. Per això, es proposen tres noves tècniques per a l'eliminació de chatter en aquells casos en què, el procés de mecanitzat dissenyat estigui sota el perillós influx del chatter.