Experimental study of the relationship between the vibro-acoustic parameters of the grinding process and the macro-roughness of the treated surface

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. To assess the current state of the technological system (TS) during grinding, it is preferable to use indirect criteria. Such approaches, in contrast to direct measurement methods, can be carried out without interrupting the production process. The main parameters used in the indirect assessment of the state of the cutting tool are the state of the workpiece (before and after processing), thermal and electrical characteristics of the cutting zone, vibroacoustic vibrations of the process, and force measurements. The work is devoted to the study of the acoustic parameters of grinding as a sufficiently informative and least resource-intensive characteristic. The relevance of the development of methods for assessing the state of the vehicle based on sound and topographic characteristics has many aspects, the main of which are applicability in grinding control, predicting the state of the cutting tool and planning the operations of the technological process. The aim of the work is to develop a mathematical model of the dependence of the vibroacoustic parameters of the external circular plunge-cut grinding process on the macro-roughness of the polished sample. The development of such a model is a necessary step in the design of a methodology for predicting the state of a tool. Accordingly, the subject of work is presented by two parameters simultaneously – the sound level arising in the process of grinding and the deviation of the surface shape of the ground images from cylindricality. The research methods used to achieve the designated aim were following: an experiment to study the sound phenomena accompanying round external plunge-cut grinding; measurement of macro-roughness of the surface of the samples, subjected to processing, using a coordinate measuring machine; correlation and regression analysis to obtain mathematical dependencies. Results and discussion. Two particular multiple linear regression models are obtained that describe the effect of the infeed rate and the operating time of the grinding wheel on the sound level during grinding and on deviations from the cylindricality of the processed samples. On the basis of particulars, a general model is developed that establishes the relationship between the sound characteristic and the macro-roughness index of the treated surface. It is shown that the sound characteristics (for example, the sound level) can be used as an indirect indicator of the current state of the vehicle, which makes it possible to assess the level of vibrations and, accordingly, to predict the quality of products.

About the authors

D. V. Ardashev

Email: ardashevdv@susu.ru
D.Sc. (Engineering), Associate Professor, South Ural State University, 76 Lenin prospekt, Chelyabinsk, 454080, Russian Federation, ardashevdv@susu.ru

A. S. Zhukov

Email: 89127773160@mail.ru
Master’s Degree student, South Ural State University, 76 Lenin prospekt, Chelyabinsk, 454080, Russian Federation, 89127773160@mail.ru

References

  1. Evolution of surface roughness in grinding and its relationship with the dressing parameters and the radial wear / P. Puerto, R. Fernández, J. Madariaga, J. Arana, I. Gallego // Procedia Engineering. – 2013. – Vol. 63. – P. 174–182. – doi: 10.1016/j.proeng.2013.08.181.
  2. A unified approach towards performance monitoring and condition-based maintenance in grinding machines / Muhammad Ahmer, Par Marklund, Martin Gustafsson, Kim Berglund // Procedia CIRP. – 2020. – Vol. 93. – P. 1388–1393. – doi: 10.1016/j.procir.2020.04.094.
  3. Taewan Lee E., Fan Z., Sencer B. Real-time grinding wheel condition monitoring using linear imaging // Procedia Manufacturing. – 2020. – Vol. 49. – P. 139–143. – doi: 10.1016/j.promfg.2020.07.009.
  4. Игнатьев А.А., Коновалов В.В., Козлов Д.В. Определение периодичности правки шлифовального круга по виброакустическим колебаниям // Вестник Саратовского государственного технического. – 2014. – № 1 (74). – С. 71–74.
  5. Захезин А.М., Малышева Т.В. Определение износа шлифовального круга по параметрам вибрации станка // Вестник ЮУрГУ. Машиностроение. – 2007. – № 11. – С. 48–53.
  6. In-process characterization of surface finish in cylindrical grinding process using vibration and power signals / S. Mahata, P. Shakya, N.R. Babu, P.K. Prakasam // Procedia CIRP. – 2020. – Vol. 88. – P. 335–340. – doi: 10.1016/j.procir.2020.05.058.
  7. A novel approach to roundness generation analysis in centerless through-feed grinding in consider of decisive parameters of grinding gap by use of 3D kinematic simulation / M.H. Otaghvar, B. Hahn, H. Werner, H. Omiditabrizi, D. Bahre // Procedia CIRP. – 2018. – Vol. 77. – P. 247–250. – doi: 10.1016/j.procir.2018.09.007.
  8. Optimization of centerless through-feed grinding using 3D kinematic simulation / M.H. Otaghvar, B. Hahn, H. Werner, H. Omiditabrizi, D. Bahre // Procedia CIRP. – 2019. – Vol. 79. – P. 308–312. – doi: 10.1016/j.procir.2019.02.072.
  9. Abrasion monitoring and automatic chatter detection in cylindrical plunge grinding / M. Ahrens, R. Fischer, M. Dagen, B. Denkena, T. Ortmaier // Procedia CIRP. – 2013. – Vol. 8. – P. 374–378. – doi: 10.1016/j.procir.2013.06.119.
  10. Viitala R. Minimizing the bearing inner ring roundness error with installation shaft 3D grinding to reduce rotor subcritical response // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. – 2020. – Vol. 30. – P. 140–148. – doi: 10.1016/j.cirpj.2020.05.002.
  11. An active damping method for chatter vibration in plunge grinding using electromagnetic actuators / M. Ahrens, M. Dagen, B. Denkena, T. Ortmaier // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 46. – P. 197–200. – doi: 10.1016/j.procir.2016.03.200.
  12. Estimation of dynamic grinding wheel wear in plunge grinding / M. Ahrens, J. Damm, M. Dagen, B. Denkena, T. Ortmaier // Procedia CIRP. – 2017. – Vol. 58. – P. 422–427. – doi: 10.1016/j.procir.2017.03.247.
  13. Dyakonov A.A., Ardashev D.V. Prediction of blunting area of abrasive grains on a grinding wheel // Journal of Manufacturing Science and Engineering. – 2017. – Vol. 139 (12). – Art. 121004.
  14. Гурьянихин В.Ф., Аринин Д.В. Влияние режимов шлифования на интенсивность акустического сигнала и показатели процесса круглого наружного врезного шлифования // Вестник Ульяновского государственного технического университета. – 2000. – № 4. – С. 79–83.
  15. Гурьянихин В.Ф., Агафонов В.В., Панков А.А. Управление процессом круглого наружного врезного шлифования с использованием акустического сигнала // СТИН. – 2009. – № 2. – С. 35–40.
  16. Лурье Г.Б. Шлифование металлов. – М.: Машиностроение, 1969. – 172 с.
  17. Лурье Г.Б. Вибрации при шлифовании // Станки и инструмент. – 1959. – № 1. – С. 15–17.
  18. Лурье Г.Б. Автоколебания при шлифовании // Абразивы. – М.: ЦБТИ, 1961. – Вып. 27. – С. 78–83.
  19. Лоповок Т.С. Волнистость поверхности и ее измерение. – М.: Изд-во стандартов, 1973. – 184 с.
  20. Raja J., Muralikrishnan B., Fu S. Recent advances in separation of roughness, waviness and form // Precision Engineering. – 2002. – Vol. 26, iss. 2. – P. 222–235. – doi: 10.1016/S0141-6359(02)00103-4.
  21. Молотников В.Я. Техническая механика: учебное пособие. – СПб.: Лань, 2017. – 476 с.
  22. Режимы резания на работы, выполняемые на шлифовальных и доводочных станках с ручным управлением и полуавтоматах: справочник / Д.В. Ардашев, Д.Е. Анельчик, Г.И. Буторин, А.А. Дьяконов. – Челябинск: Атоксо, 2007. – 384 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».