Method for calculating radial cutting force in cylindrical plunge grinding.
DOI:
https://doi.org/10.14529/engin260305Keywords:
cylindrical plunge grinding, radial cutting force, wheel dulling degree, actual feed, nominal feed, technological system complianceAbstract
The selection of high-performance cutting conditions that ensure the specified accuracy and quality of machining is one of the most difficult tasks in the design of grinding operations. Existing empirical dependences of cutting forces have a narrow application range and do not take into account changes in the state of the grinding wheel's cutting surface during operation, which leads to a significant scatter of calculated data. The presented work proposes an analytical method for calculating the radial cutting force in cylindrical plunge grinding, taking into account the influence of the degree of abrasive grain dulling. The method is based on an analytical model of the cutting process by a single grain, supplemented by equations linking the force and kinematic parameters of the process, taking into account the elastic compliance of the technological system. The calculated dependences are presented, allowing to determine the current value of the radial cutting force and the actual transverse feed for any moment of time under a given law of change in the nominal feed. An experimental verification of the adequacy of the proposed models was carried out, showing their good convergence with experimental data for various steel grades. The developed method can be used by technologists in the design of cylindrical grinding operations on CNC machines equipped with active control devices to optimize processing cycles and increase productivity.References
1. Корчак С.Н. Производительность процесса шлифования. М.: Машиностроение, 1974. 280 с.
2. Филимонов Л.Н. Высокоскоростное шлифование. Л.: Машиностроение, 1979. 248 с.
3. Николаенко А.А. Моделирование обеспечения точности обработки при плоском глубинном шлифовании периферией круга // Технология машиностроения. 2011. № 5. С. 57–59.
4. Кошин А.А., Шипулин Л.В. Стохастические модели температурных и силовых явлений, происходящих при шлифовании, и их реализация средствами параллельных вычислений // Вестник ЮУрГУ. Серия «Математическое моделирование и программирование». 2012. № 18 (277). С. 20–31.
5. Королев А.В., Новоселов Ю.К. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. Часть 2. Взаимодействие инструмента и заготовки при абразивной обработке. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1989. 160 с.
6. Новоселов Ю.К. Динамика формообразования поверхностей при абразивной обработке. Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2012. 304 с.
7. Лоладзе Т.Н. Силы резания при шлифовании металлов // Металлообработка. 2002. № 1. С. 3–8.
8. Мишин В.Н., Балашов В.Н. Силы, возникающие при шлифовании // Автомобильная промышленность. 2010. № 10. С. 26–29.
9. Garitaonandia I., Fernandes M. H., Albizuri J. Dynamic model of a centerless grinding machine based on an updated FE model // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2008. Vol. 48. P. 832–840. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2007.12.001.
10. Tawakoli T., Reinecke H., Vesali A. An experimental study on the dynamic behavior of grinding wheels in high efficiency deep grinding // Procedia CIRP. 2012. Vol. 1. P. 382–387. DOI: 10.1016/j.procir.2012.04.068.
11. Jung J., Kim P., Kim H., Seok J. Dynamic modeling and simulation of a nonlinear, nonautonomous grinding system considering spatially periodic waviness on workpiece surface // Simulation Modeling Practice and Theory. 2015. Vol. 57. P. 88–99. DOI: 10.1016/j.simpat.2015.06.005.
12. Yu H., Wang J., Lu Y. Modeling and analysis of dynamic cutting points density of the grinding wheel with an abrasive phyllotactic pattern // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016. Vol. 86. P. 1933–1943. DOI: 10.1007/s00170-015-8262-0.
13. Guo J. Surface roughness prediction by combining static and dynamic features in cylindrical traverse grinding // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014. Vol. 75. P. 1245–1252. DOI: 10.1007/s00170-014-6189-5.
14. Leonesio M., Parenti P., Cassinari A., Bianchi G., Monno M. A Time-Domain Surface Grinding Model for Dynamic Simulation // Procedia CIRP. 2012. Vol. 4. P. 166–171. DOI: 10.1016/j.procir.2012.10.030.
15. Li H., Shin Y.C. A Time-Domain Dynamic Model for Chatter Prediction of Cylindrical Plunge Grinding // Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2006. Vol. 128. P. 404–415. DOI: 10.1115/1.2118748.
16. Patnaik D., Vijayender S., Paruchur V.R. A New Model for Grinding Force Prediction and Analysis // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2010. Vol. 50. P. 231–240. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2009.12.004.
17. Zhang N., Kirpitchenko I., Liu D. K. Dynamic model of the grinding process // Journal of Sound and Vibration. 2005. Vol. 280. P. 425–432. DOI: 10.1016/j.jsv.2003.12.006.
18. Lajmert P., Sikora V., Ostrowski D. A dynamic model of cylindrical plunge grinding process for chatter phenomena investigation // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 148. P. 09004. DOI: 10.1051/matecconf/201814809004.
19. Ahrens M., Damm J., Dagen M., Denkena B., Ortmaier T. Estimation of dynamic grinding wheel wear in plunge grinding // Procedia CIRP. 2017. Vol. 58. P. 422–427. DOI: 10.1016/j.procir.2017.03.247.
20. Gomes M.O., Neto L.M., Pereira R.B., Brandão L.C. Influence of cutting parameters on surface hardening of 52100 steel in flat grinding process // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 96. P. 1–13. DOI: 10.1007/s00170-018-1656-z.
21. Bakša T., Farsky J., Hronek O., Zetek M. Impact of Cutting Speed on Grinding Wheel Wear and Cutting Force when Grinding // Manufacturing Technology. 2018. Vol. 18, no. 5. P. 699–703. DOI: 10.21062/ujep/163.2018/a/1213-2489/MT/18/5/699.
22. Nadolny K., Plichta J., Bałasz B. Application of computer modeling and simulation for designing of grinding wheels with zone-diversified structure // Management and Production Engineering Review. 2010. Vol. 1, no. 4. P. 38–45.
23. Воронов С.А., Вэйдун М.А. Математическое моделирование процесса плоского шлифования // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2017. № 4. С. 85–94.
24. Носенко С.В., Носенко В.А., Сердюков Н.Д., Кузнецова А.С. Составляющие силы резания плоского врезного шлифования титанового сплава высокоструктурными кругами // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2017. № 5. С. 36–40.
25. Li J., Yang R. Zuhe juchuang yu zidonghua jiagong jishu // Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique. 2012. No. 6. P. 92–95.
26. Liu Y., Zhao H., Jing S., Wei S. Jinganshi yu moliaomoju gongcheng // Diamond and Abrasives Engineering. 2012. Vol. 32, no. 4. P. 55–59.
27. Зворыкин К.А. Работа резания и силы при шлифовании // Вестник машиностроения. 1965. № 2. С. 52–56.
28. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение, 1981. 279 с.
