Controle ativo e passivo para redução de chatter em processos de torneamento utilizando atuadores piezelétricos

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Venter, Giuliana Sardi
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: chatter; controle de vibração; dinâmica não-linear; materiais inteligentes; nonlinear dynamics; smart materials; torneamento; turning process; vibration control
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18149/tde-15012020-191857/

Chatter é uma vibração que ocorre durante operações de usinagem devido à complexa interação entre a peça usinada, cavaco e ferramenta de corte durante o corte. Estratégias para modelagem, monitoramento e redução de chatter estão constantemente sob investigação, devido ao fato de o chatter prejudicar a produtividade da indústria e a qualidade de peças usinadas. Esta pesquisa apresenta um método para reduzir a vibração causada pelo chatter, melhorando o limite de estabilidade em processos de torneamento usando camadas piezelétricas embutidas no porta-ferramenta. As estratégias de redução de vibração se baseiam no fato de que o amortecimento estrutural tem uma relação proporcional com o limite de estabilidade, sendo que o amortecimento estrutural do sistema pode ser aumentado ativa ou passivamente. Na metodologia de controle ativo estudada, as camadas piezelétricas foram conectadas a um esquema de controle de realimentação de velocidade. Na metodologia de controle passivo, as camadas piezelétricas foram conectadas a um circuito de shunt indutivo-resistivo. Devido à complexidade inerente do processo de corte, o chatter é um fenômeno que pode ser governado por não-linearidades presentes no processo. Para compreender como estas não-linearidades serão afetadas na resposta dinâmica do sistema, uma análise da resposta não-linear do sistema sob a ação dos diferentes métodos de controle é necessária. A eficácia de ambas as estratégias foi então avaliada através da análise numérica e experimental, em que foram estudadas as respostas do sistema por meio de diagramas de fase, além de espectros numéricos e experimentais. Funções de resposta em frequência do porta-ferramenta e seus respectivos diagramas de lóbulos experimentais também foram analisados, de forma a estudar o aumento do limite de estabilidade proporcionado pelos métodos de controle. Pode-se concluir que ambas as estratégias podem ser boas alternativas para a redução do chatter em processos de usinagem, já que os resultados numéricos e experimentais mostraram efetivamente um aumento do amortecimento estrutural e diminuição da vibração. No entanto, a estratégia ativa proposta é mais robusta do que a estratégia passiva, uma vez que não requer o ajuste fino dos parâmetros de controle. Além disso, foi possível obter experimentalmente em laboratório um aumento consideravelmente maior do amortecimento estrutural utilizando o método de controle ativo. Devido à limites tecnológicos, como limites de tensão disponíveis e amplificadores operacionais, foi possível apenas diminuir a vibração com o uso de ambos os métodos de controle, não sendo possível a supressão da vibração experimentalmente, ao contrário do que foi observado em resultados numéricos.