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27.04.2019 | ORIGINAL ARTICLE | Ausgabe 5-8/2019

The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 5-8/2019

State–space analysis of mode-coupling workpiece chatter

Zeitschrift:
The International Journal of Advanced Manufacturing Technology > Ausgabe 5-8/2019
Autoren:
X. Badiola, A. Iturrospe, J. M. Abete, P. J. Arrazola
Wichtige Hinweise

Publisher’s note

Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.

Abstract

Chatter vibrations produced during turning of slender parts cause poor workpiece surface finishing and premature tool wear. In this paper, mode coupling in flexible workpiece metal cutting without tailstock is analysed in the state-space domain. The proposed mode coupling model considers mode rotation with the workpiece. Closed form equations are obtained for eigenvalues of the system formed by the cutting process and the mechanical structure, as a function of cutting conditions and workpiece modal parameters. Mode rotation and cutting speed influence on system stability is analysed and chatter-free conditions are determined. Finally, experimental tests are presented to evaluate theoretical formulations in slender workpiece facing operation. By means of a state-space domain analysis of the system formed by the cutting process and the workpiece, it is possible to obtain mathematical formulations that quantitatively relate system natural frequencies to process stability. Therefore, it is possible to detect this type of chatter vibrations before workpiece quality is affected by monitoring vibrations during machining. These formulations facilitate the development of an active vibration control system which will improve process stability.

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