Studio del fenomeno del Chatter in fresatura: analisi delle variabili principali e implementazione di una tecnica per ridurne gli effetti

Abstract

Il seguente lavoro di tesi si inserisce nel progetto, avviato ormai da anni dall’azienda Pietro Carnaghi S.P.A., relativo allo studio di un fenomeno vibratorio particolarmente insidioso: il chatter nella fresatura. Nello specifico, lo scopo ultimo è fornire ai clienti futuri macchine utensili dotate di un sistema di “distruzione del chatter”, ovvero un sistema che, riconosciuta la frequenza di chatter, intervenga nell’immediato, eliminando l’instabilità e garantendo la finitura superficiale del pezzo. Al fine di raggiungere l’obiettivo ultimo, la prima parte del progetto ha previsto l’analisi della letteratura correlata al chatter nella fresatura, con particolare attenzione ad aspetti teorici, quali modelli matematici, e risvolti pratici, quali acquisizione e processamento del segnale vibratorio, riconoscimento della frequenza di chatter e tecniche di soppressione del chatter. L’enorme quantità di informazioni raccolte è stata incrociata con la realtà aziendale considerata e quindi, nello specifico, con il centro di lavoro oggetto del lavoro di tesi: l’UNIMILL 60 – 5000. Questo incrocio ha permesso di fissare le peculiarità del sistema che si intende mettere a punto: esso dovrà provvedere a distruggere il chatter tramite variazione / regolazione della velocità di rotazione del mandrino al fine di portare la lavorazione in condizioni di stabilità. A questo si deve l’approfondita analisi del brevetto sviluppato dal MUSP e qui riportata in tesi. Fissato il final goal del progetto, è stato definito l’obiettivo dell’elaborato proposto: la costruzione del diagramma di stabilità a lobi. Verranno pertanto fornite le basi teoriche volte alla comprensione del diagramma stesso e verrà proposta una descrizione dettagliata delle prove sperimentali condotte per ottenerlo.

The following thesis work is part of a project that has been underway for several years at Pietro Carnaghi S.p.A., concerning the study of a particularly critical vibratory phenomenon: chatter in milling. Specifically, the ultimate goal is to provide future customers with machine tools equipped with a “chatter suppression” system, that is, a system capable of recognizing the chatter frequency and intervening immediately to eliminate instability and ensure the surface finish of the workpiece. In order to achieve this ultimate objective, the first part of the project involved an analysis of the literature related to chatter in milling, with particular attention to both theoretical aspects, such as mathematical models, and practical implications, such as vibration signal acquisition and processing, chatter frequency identification, and chatter suppression techniques. The vast amount of information collected was then cross-referenced with the specific industrial context considered and, in particular, with the machining center that is the focus of this thesis: the UNIMILL 60 – 5000. This comparison made it possible to define the key features of the system to be developed: it must suppress chatter by varying/regulating the spindle rotational speed in order to bring the machining process back into stable conditions. This requirement led to an in-depth analysis of the patent developed by MUSP, which is presented in this thesis. Having established the final goal of the project, the objective of this dissertation was defined as the construction of the stability lobe diagram. Therefore, the theoretical foundations necessary to understand the diagram will be provided, along with a detailed description of the experimental tests conducted to obtain it.