Pyörivän keskiökärjen rakenteen kehittäminen työstövärähtelyjen välttämiseksi sorvauksessa
Hurskainen, Vesa-Ville (2015)
Diplomityö
Hurskainen, Vesa-Ville
2015
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201505218703
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201505218703
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä käsitellään sorvauksen työstövärähtelyjen ja sorvin keskiökärjen rakenteen yhteyttä. Työ on osa Lappeenrannan teknillisen yliopiston VMAX-projektia, ja sen taustalla on pyrkimys uudenlaisen, sorvin kärkipylkän puristusvoiman ajonaikaiseen säätämiseen perustuvan työstövärähtelyjen välttämismenetelmän kehittämiseen. Tämän menetelmän toiminnan todentaminen oli työn ensimmäinen tavoite. Menetelmän toteuttaminen asettaa kuitenkin käytetyn keskiökärjen rakenteelle tiettyjä vaatimuksia. Työn toisena tavoitteena oli nämä vaatimukset täyttävän keskiökärjen prototyypin kehittäminen.
Tutkimus eteni seuraavasti. Ensimmäiseksi ongelma määriteltiin tutustumalla työn teoreettiseen taustaan ja aiheeseen liittyvään tutkimukseen Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta ja muualta. Myös keskiökärkiä valmistavien yritysten tuotekatalogeja tarkasteltiin. Seuraavaksi siirryttiin alustavaan suunnitteluvaiheeseen, jossa verifioitiin menetelmän toiminta ja luotiin konsepteja keskiökärjen rakenteen kehittämistä varten. Tämän alustavan vaiheen jälkeen suoritettiin suunnitteluprosessi keskiökärjen prototyypille. Lopuksi, suunnitellun prototyypin rakenteen käyttäytymistä arvioitiin tietokonemallinnuksen avulla. Lisätuloksena tutkimuksen aikana johdettiin yksinkertaistettu elementtimenetelmään perustuva laskentamalli järjestelmän ominaistaajuuksien selvittämiseksi. Laskentamallin tarkkuutta arvoitiin.
Suunnitteluprosessin tuloksena saatiin kaikki menetelmän toiminnan sekä normaalin käytön asettamat vaatimukset täyttävä rakenne keskiökärjen prototyypille. Myös johdetun laskentamallin tulokset ovat varsin lähellä 3D-elementtimallinnuksen antamia tuloksia. Tutkimuksen tavoitteiden voidaan siis sanoa toteutuneen. Koska prototyyppiä ja laskentamallia ei kuitenkaan ole vielä kokeellisesti verifioitu, tämä ei ole täysin varmaa. In this Master’s thesis the relationship between chatter vibrations in turning and lathe live center structure is considered. The work is a part of Lappeenranta University of Technology’s VMAX project, and its basis is an effort to develop a new kind of method for avoiding chatter vibrations by controlling lathe tailstock pressure. The first objective of the work was verifying the functioning of this method. Implementing the method, however, sets some requirements for the structure of the lathe’s live center. The second objective of the work was to develop a prototype live center which fulfills these requirements.
The research process proceeded as follows. First, the problem was defined by examining the theoretical background of the work and reviewing related research from both inside and outside LUT. The product catalogues of live center manufacturers were also studied. The second phase was preliminary design, in which the method’s function was verified and drafts for possible live center structures created. After this preliminary phase, a design process for the prototype live center was carried out. Finally, the prototype design was evaluated via computer simulation. As an additional result, a simplified calculation procedure for system natural frequencies was derived using finite element method. Its results were then evaluated.
The result of the design process was a prototype structure, which fulfills the requirements set by both the functioning of the method and normal operation. Also, the results given by the derived calculation procedure are reasonably close to those given by 3D element modelling. Therefore, it can be said that the objectives of the work were achieved. However, since the prototype and calculation procedure were not yet experimentally verified, this is not completely certain. Thus, the first target for continued development of the method is manufacturing the developed prototype and carrying out the necessary experiments.
Tutkimus eteni seuraavasti. Ensimmäiseksi ongelma määriteltiin tutustumalla työn teoreettiseen taustaan ja aiheeseen liittyvään tutkimukseen Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta ja muualta. Myös keskiökärkiä valmistavien yritysten tuotekatalogeja tarkasteltiin. Seuraavaksi siirryttiin alustavaan suunnitteluvaiheeseen, jossa verifioitiin menetelmän toiminta ja luotiin konsepteja keskiökärjen rakenteen kehittämistä varten. Tämän alustavan vaiheen jälkeen suoritettiin suunnitteluprosessi keskiökärjen prototyypille. Lopuksi, suunnitellun prototyypin rakenteen käyttäytymistä arvioitiin tietokonemallinnuksen avulla. Lisätuloksena tutkimuksen aikana johdettiin yksinkertaistettu elementtimenetelmään perustuva laskentamalli järjestelmän ominaistaajuuksien selvittämiseksi. Laskentamallin tarkkuutta arvoitiin.
Suunnitteluprosessin tuloksena saatiin kaikki menetelmän toiminnan sekä normaalin käytön asettamat vaatimukset täyttävä rakenne keskiökärjen prototyypille. Myös johdetun laskentamallin tulokset ovat varsin lähellä 3D-elementtimallinnuksen antamia tuloksia. Tutkimuksen tavoitteiden voidaan siis sanoa toteutuneen. Koska prototyyppiä ja laskentamallia ei kuitenkaan ole vielä kokeellisesti verifioitu, tämä ei ole täysin varmaa.
The research process proceeded as follows. First, the problem was defined by examining the theoretical background of the work and reviewing related research from both inside and outside LUT. The product catalogues of live center manufacturers were also studied. The second phase was preliminary design, in which the method’s function was verified and drafts for possible live center structures created. After this preliminary phase, a design process for the prototype live center was carried out. Finally, the prototype design was evaluated via computer simulation. As an additional result, a simplified calculation procedure for system natural frequencies was derived using finite element method. Its results were then evaluated.
The result of the design process was a prototype structure, which fulfills the requirements set by both the functioning of the method and normal operation. Also, the results given by the derived calculation procedure are reasonably close to those given by 3D element modelling. Therefore, it can be said that the objectives of the work were achieved. However, since the prototype and calculation procedure were not yet experimentally verified, this is not completely certain. Thus, the first target for continued development of the method is manufacturing the developed prototype and carrying out the necessary experiments.