Estimation of CNC machine–tool dynamic parameters based on random cutting excitation through operational modal analysis

Li, Bin; Cai, Hui; Mao, Xinyong; Huang, Jie; Luo, Baoming

doi:10.1016/j.ijmachtools.2013.04.001

Cited by 92 publications

(46 citation statements)

References 19 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Modal analysis quantifies structural dynamic characteristics of the machine tool by measuring unique vibration signatures resulting from hammer impacts to determine frequency response functions (FRF). Responses enable stability lobes to be plotted and highlight low-resonance cut depth regions for given spindle speeds, making it possible to tune parameters for the highest material removal rate without chatter for a given tool, tool overhang length and tool holder [64][65][66].…”

Section: Tooling and Parametersmentioning

confidence: 99%

Achievable tolerances in robotic feature machining operations using a low-cost hexapod

Barnfather

Goodfellow

Abram

2017

Int J Adv Manuf Technol

View full text Add to dashboard Cite

Portable robotic machine tools potentially allow feature machining processes to be brought to large parts in various industries, creating an opportunity for capital expenditure and operating cost reduction. However, robots lack the machining capability of conventional equipment, which ultimately results in dimensional errors in parts. This work showcases a low-cost hexapod-based robotic machine tool and presents experimental research conducted to investigate how the widely researched robotic machining challenges, e.g. structural dynamics and kinematics, translate to achievable tolerance ranges in real-world production to highlight currently feasible applications and provide a context for considering technology improvements. Machining trials assess the total dimensional errors in the final part over multiple geometries. A key finding is error variation which is in the sub-millimetre range, although, in some cases, upper tolerance limits < 100 μm are achieved. Practical challenges are also noted. Most significantly, it is demonstrated that dimensional machining error is mainly systematic in nature and therefore that the total error can be dramatically reduced with in situ measurement and compensation. Potential is therefore found to achieve a flexible, highperformance robotic machining capability despite complex and diverse underlying scientific challenges. Overall, the work presented highlights achievable tolerances in lowcost robotic machining and opportunities for improvement, also providing a practical benchmark useful for process selection.

show abstract

Section: Tooling and Parametersmentioning

confidence: 99%

Achievable tolerances in robotic feature machining operations using a low-cost hexapod

Barnfather

Goodfellow

Abram

2017

Int J Adv Manuf Technol

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Znajduje ona zastosowanie nie tylko w inży-nierii mechanicznej [2,3,4,5,6] [12]. W wyniku analizy modalnej otrzymuje się model modalny w postaci zbioru częstości własnych, postaci drgań oraz współczynników tłumienia.…”

Section: Wprowadzenieunclassified

“…Znajduje ona zastosowanie nie tylko w inży-nierii mechanicznej [2,3,4,5,6] czy kosmicznej [7], ale również z powodzeniem wykorzystywana jest w konstrukcjach budowlanych [8], rolnictwie [9], elektronice i elektrotechnice [10], muzyce [11] czy transporcie kolejowym [12]. W wyniku analizy modalnej otrzymuje się model modalny w postaci zbioru częstości własnych, postaci drgań oraz współczynników tłumienia.…”

Section: Wprowadzenieunclassified

Theoretical and Experimental Modal Analysis of Machine Tool Bed

Kępczak

Pawłowski

2015

Mechanik

View full text Add to dashboard Cite

W artykule zaprezentowano teoretyczną i eksperymentalną analizę modalną korpusu obrabiarki. Analiza modalna jest powszechnie wykorzystywaną w praktyce techniką badania dynamicznych właściwości obiektów. Została przeprowadzona w celu porównania wyników teoretycznych z badaniami doświadczalnymi. Wyniki otrzymane na drodze teoretycznej analizy modalnej okazały się wysoce zbieżne z badaniami eksperymentalnymi. Ta weryfikacja modelu teoretycznego z wynikami doświadczalnymi dała podstawy do przeprowadzenia badań, na podstawie których wycią-gnięto wnioski na temat dynamicznego zachowania obiektu badań.SŁOWA KLUCZOWE: analiza modalna, teoretyczna analiza modalna, eksperymentalna analiza modalna The paper presents a theoretical and experimental modal analysis of the machine tool body. Modal analysis is a technique widely used in practice for exploring the dynamic properties of objects. The analysis was carried out in order to compare the theoretical results with experimental studies. The results obtained by a theoretical modal analysis have proven to be highly convergent with experimental studies. The verification of the theoretical model with experimental results gave reasonable grounds to conduct a study based on the revised model. On this basis conclusions about the dynamic behavior of the object of research were drawn. KEYWORDS: modal analysis, theoretical modal analysis, experimental modal analysis WprowadzenieKorpusy są elementami obrabiarek, wiążącymi w jedną całość podstawowe zespoły i mechanizmy. Ich rola polega na utrzymaniu innych części i zespołów obrabiarki w ściśle określonych wzajemnych położeniach. Z reguły obrabiarkę tworzy korpus główny, będący podstawową konstrukcją nośną oraz kilka lub kilkanaście mniejszych korpusów, które przykręcone do niego stanowią całość. Większość korpusów obrabiarkowych jest wykonywanych w postaci odlewów z żeliwa szarego maszynowego bądź żeliwa modyfikowanego [1].Analiza modalna jest powszechnie stosowaną w praktyce techniką badania własności dynamicznych obiektów mechanicznych. Znajduje ona zastosowanie nie tylko w inży-nierii mechanicznej [2,3,4,5,6] [12]. W wyniku analizy modalnej otrzymuje się model modalny w postaci zbioru częstości własnych, postaci drgań oraz współczynników tłumienia. Znajomość tych parametrów umożliwia przewidywanie zachowania się obiektu na skutek dowolnych zaburzeń równowagi. Jest ona stosowana dla celów modyfikacji konstrukcji, diagnostyki stanu konstrukcji, dla celów syntezy sterowania w układach aktywnej redukcji drgań oraz dla celów weryfikacji i walidacji modeli numerycznych takich jak modele elementów skończonych czy elementów brzegowych [13].Zaprezentowana w pracy analiza została przeprowadzona w celu porównania wyników właściwości dynamicznych symulacji teoretycznych z badaniami doświadczalnymi że-liwnego łoża obrabiarki, aby zweryfikować modalny model teoretyczny i przyjęte założenia dotyczące tego modelu. Analiza teoretycznaTeoretyczna analiza modalna przeprowadzona za pomocą symulacyjnego modułu programu Autodesk Inventor umożliwia otrzym...

show abstract

“…9 In the next few decades, the thermal modal have been developed to address the vibration problems of varied structures under thermic environment conditions, such as the aerocraft, [10][11][12] engine exhaust manifold, 13,14 the precision of machining tools, [15][16][17] and some certain vital structural components working in hyper-thermic conditions. [18][19][20][21] Furthermore, there have been plenty of researches studying on the tires modal under the room temperature environment to explore the dynamic characteristic of tyre.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Thermal modal analysis of novel non-pneumatic mechanical elastic wheel based on FEM and EMA

et al. 2018

View full text Add to dashboard Cite

A combination of Finite Element Method (FEM) and Experiment Modal Analysis (EMA) have been employed here to characterize the structural dynamic response of mechanical elastic wheel (ME-Wheel) operating under a specific thermal environment. The influence of high thermal condition on the structural dynamic response of ME-Wheel is investigated. The obtained results indicate that the EMA results are in accordance with those obtained using the proposed Finite Element (FE) model, indicting the high reliability of this FE model applied in analyzing the modal of ME-Wheel working under practical thermal environment. It demonstrates that the structural dynamic response of ME-Wheel operating under a specific thermal condition can be predicted and evaluated using the proposed analysis method, which is beneficial for the dynamic optimization design of the wheel structure to avoid tire temperature related vibration failure and improve safety of tire.

show abstract

Estimation of CNC machine–tool dynamic parameters based on random cutting excitation through operational modal analysis

Cited by 92 publications

References 19 publications

Achievable tolerances in robotic feature machining operations using a low-cost hexapod

Achievable tolerances in robotic feature machining operations using a low-cost hexapod

Theoretical and Experimental Modal Analysis of Machine Tool Bed

Thermal modal analysis of novel non-pneumatic mechanical elastic wheel based on FEM and EMA

Contact Info

Product

Resources

About