Nonlinear dynamic modeling and analysis of spindle-tool assemblies in machining centers ve doğrusal olmayan dinamik modellemesi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2009
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: ZEKAİ MURAT KILIÇ
Danışman: HASAN NEVZAT ÖZGÜVEN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:İşleme sırasında yarattığı kötü etkilerinden dolayı tırlama frezede istenmeyen bir olgudur. Hangi durumlarda tırlama olmadan işleme yapılacağını tahmin edebilmek için, sürecin kararlılık diyagramı hesaplanır. Frezede süreci hızlandırmak için gereken fazla talaş kaldırma ihtiyacı yüksek hız frezeleri gündeme getirmiştir. Böylece, hesaplanan kararlılık diyagramlarının hassasiyetinin önemi daha da artmıştır. Günümüzde kararlılık diyagramlarını bulmakta kullanılan tırlama ve iş mili-takım tutucu-takım sistemi modelleri oldukça iyi sonuçlar vermektedir. Ancak bazen kesme koşulları teorik olarak bulunan kararlılık diyagramına göre kararlı bölgede bile sistemde tırlama gözlemlenebilmektedir. Bu olgunun sebeplerinden biri, sistemdeki doğrusal olmayan etkiler olarak açıklanabilir. Buradan yola çıkarak, bu tezde, iş mili-takım tutucu-takım sisteminin rulmanlarındaki doğrusal olmayan parametrelerin etkileri incelenmiştir. Bu çalışmada, iş mili üzerindeki rulmanın, kuvvet-yer değiştirme ilişkisinin kübik davranış gösterdiği kabul edilmiştir. Geliştirilen matematiksel model kullanılarak, doğrusal olmayan özellikteki sistemlerde freze işleminin kararlılık diyagramına etkisi incelenmiştir. Rulmanlar hariç iş mili-takım tutucu-takım sisteminin doğrusal modellemesi Timoshenko çubuk teorisi kullanılarak yapılmış, ardından doğrusal olmayan rulmanlar tanımlama fonksiyonu teorisi kullanılarak modellenerek, önceden frekans tepki fonksiyonu bulunan rulmansız iş mili-takım tutucu-takım sisteminin dinamiği ile birleştirilmiştir. Sistemin elde edilen hareket denklemi, Newton'un metodu yay uzunluğu sürekliliği kullanılarak frekans bölgesinde çözülmüştür. Uygulanan etkili frekans bölgesi metodu sayesinde sistemin frekans tepki fonksiyonundaki geri kıvrılma olan bölgelerde de çözüm elde edilebilmiştir. Bu çözüm, üzerinde çalışılan sistem için, rulmanlardaki doğrusal olmayan etkilerden dolayı sistemin frekans tepki fonksiyonunda geri kıvrılmalara yol açabileceğinden büyük önem taşımaktadır. Rulmanlardaki doğrusal olmayan dinamik özelliklerin kararlılık diyagramına etkisini incelemek için vaka analiz çalışmaları yapılmıştır. Çalışmalarda şu parametrelerin etkileri incelenmiştir: Kesme kuvveti büyüklüğü, doğrusal olmayan parametrelerin derecesi ve kalem üzerindeki kesici sayısı. Rulmanların yer değiştirme miktarına bağlı direngenliği, sistemin rijit cisim modlarına bağlı dinamik tepkisini etkilemektedir. Kesme kuvveti büyüklüğü ya da rulmanın doğrusal olmayan parametresinin katsayısı arttırıldığında doğal frekansların arttığı gözlemlenmiştir. Modların tepki eğrisinde sağa kayması kararlılık loblarını da sağa kaydırmıştır. Kalem üzerindeki kesici sayısı arttırıldığında rulmanlardaki doğrusal olmayan parametrelerin freze kararlılığına etkisi azalmaktadır. Bu çalışmada aynı zamanda, sistem dinamiğinin işleme sırasındaki değişimlerini gözlemlemek için deneysel çalışmalar da yapılmıştır. Tek serbestlik dereceli bir sistemin modal değişkenlerini elde etmek için deney verileri kullanılarak ters tırlama analizi uygulanmıştır. Yüksek hızlarda test yapılan sistemin doğal frekansında azalma gözlemlenmiştir. Bu kaymanın hıza bağlı rulman dinamiği veya işleme sırasında değişen rulman gerginliğine bağlı olabileceği sonucuna varılmıştır.