Realização de subestruturação nos domínios modal e espectral e estudo para estimação de FRF direta de ponta de ferramenta de usinagem.

Abstract

Acabamento insatisfatório da peça usinada e baixa durabilidade de ferramentas são exemplos de problemas enfrentados no processo de usinagem. Um dos principais motivos causadores desses problemas diz respeito ao fenômeno de vibração auto-excitada conhecido como chatter. Ocorre quando a superfície ondulada deixada pelo passe anterior da ferramenta excita a própria ferramenta. Usualmente, a Função de Resposta em Frequência (FRF) de ponta de fresa de topo é obtida através de um ensaio dinâmico de impacto e é fundamental para o cálculo do diagrama de estabilidade e, consequentemente, para prevenção e identificação do fenômeno de chatter. Este trabalho avalia a viabilidade de utilização de métodos de subestruturação na estimação da FRF de ponta de fresa de topo. Ou seja, considera características dinâmicas de duas subestruturas separadamente (ferramenta e máquina) para estimar a característica da montagem final. Para tal, o trabalho analisa a aplicação de três métodos de subestruturação dinâmica com o objetivo de prever a FRF de ponta de uma fresa de topo. Os métodos são: Receptance Coupling Substructure Analysis (RCSA) por graus de liberdade rotacionais, RCSA acoplado em dois pontos e Modelo Agrupado. Para isso, são implementados métodos de subestruturação dinâmica baseados em acoplamento de receptâncias e redução modal de Craig-Bapton para um modelo numérico baseado no método de elementos finitos com algoritmos desenvolvidos em SCILAB utilizando geometrias simplificadas. São também desenvolvidas análises modais experimentais e modelos numéricos em elementos finitos utilizando geometrias mais precisas por meio de software comercial. O método de Modelo Agrupado apresentou bons resultados, mas com imprecisões que aumentam conforme o aumento da frequência de interesse. O método de RCSA por graus de liberdade rotacionais apresentou distorções vindas de o método realizar multiplicações em FRFs obtidas experimentalmente, onde os valores próximos de zero obtidos causam erros numéricos. Ao final, o método de RCSA acoplado em dois pontos se mostrou mais adequado para entregar resultados consistentes.