Search
prof. dr hab. inż. Krzysztof Jan Kaliński
Employment
- Professor at Institute of Mechanics and Machine Design
Publications
Filters
total: 144
Catalog Publications
Year 2024
-
Experimentally Aided Operational Virtual Prototyping to Predict Best Clamping Conditions for Face Milling of Large-Size Structures
PublicationVibrations occurring during milling operations are one of the main issues disturbing the pursuit of better efficiency of milling operations and product quality. Even in the case of a stable cutting process, vibration reduction is still an important goal. One of the possible solutions to obtain it is selection of the favorable conditions for clamping the workpiece to the machine table. In this paper, a method for predicting and...
-
The clamping selection method to reduce the vibration of large-size workpieces during the face milling process
PublicationThe article introduces a method for selecting the best clamping conditions to obtain vibration reduction during milling of large-size workpiece. It is based on experimental modal analysis performed for a set of assumed, fixing conditions of a considered workpiece to identify Frequency Response Functions (FRFs) for each tightening torque of the mounting screws. Simulated plots of periodically changing nominal cutting forces are...
Year 2022
-
Adjusting the Stiffness of Supports during Milling of a Large-Size Workpiece Using the Salp Swarm Algorithm
PublicationThis paper concerns the problem of vibration reduction during milling. For this purpose, it is proposed that the standard supports of the workpiece be replaced with adjustable stiffness supports. This affects the modal parameters of the whole system, i.e., object and its supports, which is essential from the point of view of the relative tool–workpiece vibrations. To reduce the vibration level during milling, it is necessary to...
Year 2021
-
A method of predicting the best conditions for large-size workpiece clamping to reduce vibration in the face milling process
PublicationThe paper presents an innovative method of solving the problem of vibration suppression during milling of large-size details. It consists in searching for the best conditions for clamping the workpiece based on a rapid modal identification of the dominant natural frequencies only and requires repetitive changes in the tightening torque of the clamping screws. Then, by estimating the minimum work of the cutting forces acting in...
-
A technique of experiment aided virtual prototyping to obtain the best spindle speed during face milling of large-size structures
PublicationThe paper presents an original method concerning vibration suppression problem during milling of large-size and geometrically complicated workpieces with the use of novel way of selecting the spindle speed. This consists in repetitive simulations of the cutting process for subsequent values of the spindle speed, until the best vibration state of the workpiece is reached. An appropriate method of obtaining a computational model,...
-
An Experimentally Aided Operational Virtual Prototyping to Obtain the Best Spindle Speed during Face Milling of Large-Size Structures
PublicationAbstract: The paper presents an original method concerning the problem of vibration reduction in the general case while milling large-size and geometrically complex details with the use of an innovative approach to the selection of spindle speed. A computational model is obtained by applying the so-called operational approach to identify the parameters of the workpiece modal model. Thanks to the experimental modal analysis results,...
-
An Improved Method of Minimizing Tool Vibration during Boring Holes in Large-Size Structures
PublicationThe paper presents a thoroughly modified method of solving the problem of vibration suppression when boring large-diameter holes in large-size workpieces. A new approach of adjusting the rotational speed of a boring tool is proposed which concerns the selection of the spindle speed in accordance with the results of the simulation of the cutting process. This streamlined method focuses on phenomenological aspects and involves the...
-
Estimation of structural stiffness with the use of Particle Swarm Optimization
PublicationThe paper presents the theoretical background and four applications examples of the new method for the estimation of support stiffness coefficients of complex structures modelled discretely (e.g. with the use of the Finite Element Model (FEM) method based on the modified Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm. In real-life cases, exact values of the supports’ stiffness coefficients may change for various reasons...
-
Metoda doboru współczynników sztywności podpór mocujących podczas frezowania wielkogabarytowych przedmiotów podatnych z wykorzystaniem sterowania optymalnego w układzie semiaktywnym
PublicationW pracy zaproponowano nową metodę doboru w trybie on-line współczynników sztywności zamocowania wielkogabarytowego przedmiotu obrabianego do stołu frezarki, bazującą na koncepcji sterowania optymalnego przy energetycznym wskaźniku jakości w układzie we współrzędnych hybrydowych. Jednak znane z poprzednich opracowań autorskich równanie dynamiki wielowymiarowego układu sterowanego sprowadza się w tym przypadku do postaci, gdzie składowymi...
Year 2020
-
FPGA Based Real Time Simulations of the Face Milling Process
PublicationThe article presents a successful implementation of the milling process simulation at the Field-Programmable Gate Array (FPGA). By using FPGA, very rigorous Real-Time (RT) simulation requirements can be met. The response time of the FPGA simulations is significantly reduced, and the time synchronization is better than in a typical RT system implemented in software. The FPGA-based approach is characterized by enormous flexibility...
-
Optymalizacja prędkości obrotowej narzędzia podczas frezowania przedmiotów wielkogabarytowych
PublicationPrzedstawiono nową metodę wyznaczania optymalnej prędkości obrotowej narzędzia podczas frezowania przedmiotów wielkogabarytowych. Parametry modelu obliczeniowego (modalnego) przedmiotu obrabianego są wyznaczane z wykorzystaniem jedynie eksperymentalnej analizy modalnej. To ostatnie umożliwia eliminację pracochłonnego etapu modelowania przedmiotu, jakim jest stosowane dotychczas tworzenie i walidacja modelu MES. Otrzymany w ten...
-
Zmodyfikowana metoda redukcji drgań podczas frezowania przedmiotów wielkogabarytowych narzędziami wieloostrzowymi
PublicationW pracy zaprezentowano zmodyfikowaną metodę doboru sztywności zamocowania przedmiotu wielkogabarytowego do stołu obróbkowego, mającą na celu redukcję poziomu drgań względnych narzędzie-przedmiot obrabiany podczas frezowania czołowego narzędziem wieloostrzowym. Przedmiotowa modyfikacja polega na rozwinięciu opracowanej wcześniej metody wyznaczania optymalnego docisku zamocowania w ten sposób, że pracę sił skrawania na kierunku szerokości...
Year 2019
-
ESTYMACJA WSPÓŁCZYNNIKÓW SZTYWNOŚCI ZAMOCOWANIA PODATNEGO PRZEDMIOTU OBRABIANEGO NA STOLE FREZARKI
PublicationW pracy przedstawiono metodę estymacji współczynników sztywności Elementów Sprężystych (ES) modelujących zamocowanie podatnego wielkogabarytowego przedmiotu obrabianego na stole frezarki. Proponowana metoda bazuje na algorytmie optymizacji za pomocą roju cząstek (ang. Particle Swarm Optimization), który pozwala na uzyskanie dobrej zgodności (aktualizacji) modelu Metody Elementów Skończonych (MES) z modelem pochodzącym z identyfikacji...
-
Experiment-aided virtual prototyping to minimize tool-workpiece vibration during boring of large-sized structures
PublicationThe paper presents the author's method of solving the problems of vi-bration suppression during boring of large-sized workpieces by means of an in-novative method of adjusting the rotational speed of the boring bar. It consists in selecting the spindle speed in accordance with the results of the cutting process simulation. The method includes identification of the model of the finite element method of the boring bar. The Root Mean...
-
Minimization of vibrations during milling of flexible structures using mechatronic design techniques
PublicationThe paper presents an innovative effective method of minimizing vibrations during milling of flexible structures, using a new vibration suppression method based on a workpiece holder with adjustable support stiffness. The proposed method is rooted in mechatronic design techniques, which can become a standard procedure for optimizing the milling process.
-
Optimization of the spindle speed during milling of large-sized structures with the use of technique of Experiment-Aided Virtual Prototyping
PublicationIn the paper are presented considerations concerning vibration suppression problems during milling of large-sized workpieces with the use of innovative method of matching the spindle speed of cutting tool. It depends on repeatable change of the spindle speed value as soon as the optimal vibration state of the workpiece approaches. The values of dominant “peaks” in the frequency spectra and the Root Mean Square (RMS) values of time...
-
Optymalizacja prędkości obrotowej narzędzia podczas wytaczania przedmiotów wielkogabarytowych
PublicationPrzedstawiono nową metodę wyznaczania optymalnej prędkości obrotowej narzędzia podczas wytaczania przedmiotów wielkogabarytowych, na podstawie symulacji procesu obróbki. Przeprowadzane są one dla modelu obliczeniowego wirującego narzędzia, dostrojonego do wyników testów modalnych, wraz z przyjętym modelem procesu skrawania. Ocenie podlegają wartości skuteczne (RMS) poziomu drgań w dziedzinie czasu oraz wartości dominujących amplitud...
-
Simplified Map-based Selection of Optimal Spindle Speeds When Milling Complex Structures
PublicationIn the paper a method for selecting optimal spindle speeds for complex structures during milling operations is presented. It is based on the selection of the spindle speed in accordance with a simple equation resulting from the minimisation of vibration energy, which leads to the minimisation of the work of cut-ting forces presented in previous elaborations by the authors [1]. Optimal spindle speeds are obtained for many points...
-
The Method of Finding the Optimal Spindle Speed When Milling Flexible Details
PublicationThe paper presents a new method of vibration reduction during milling of flexible details. The method consists in selecting the optimal spindle speed, based on the natural frequency of the workpiece. For this purpose, an original method was created, which is based on minimizing the work of cutting forces in the direction of the depth of cutting. The effectiveness of the method has been proved by comparing the RMS values of vibration...
Year 2018
-
Metoda Poszukiwania Optymalnej Prędkości Obrotowej Wrzeciona Podczas Frezowania Przedmiotów Podatnych
PublicationW pracy zaproponowano nową metodę nadzorowania drgań podatnego przedmiotu obrabianego podczas frezowania, polegającą na doborze optymalnej prędkości obrotowej wrzeciona z uwzględnieniem częstotliwości drgań własnych przedmiotu. W tym celu opracowano oryginalne podejście do wyznaczania optymalnej prędkości obrotowej wrzeciona, bazujące na minimalizacji pracy sił skrawania na kierunku głębokości skrawania.
-
Optymalizacja docisku mocowania podatnego przedmiotu obrabianego podczas frezowania
PublicationPrzedstawiono nową metodę nadzorowania drgań podatnego przedmiotu obrabianego podczas frezowania czołowego, polegającą na optymalizacji docisku zamocowania na podstawie szybkiej analizy modalnej. Wymaga ona powtarzalnej zmiany momentu dokręcenia śrub mocujących. Oszacowanie minimalnej pracy sił skrawania na kierunku szerokości warstwy umożliwia prognozowanie optymalnej konfiguracji zamocowania przedmiotu obrabianego. Skuteczność...
-
Optymalizacja prędkości obrotowej narzędzia podczas frezowania - procedura eksploatacyjna
PublicationW pracy zaproponowano metodę wyznaczenia optymalnej prędkości obrotowej narzędzia podczas frezowania na podstawie symulacji procesu obróbki przeprowadzonej dla uproszczonego modelu przedmiotu wraz z modelem procesu skrawania. Parametry modelu określane są bezpośrednio na podstawie wyników identyfikacji (eksperymentalna analiza modalna) co znacznie skraca czas doboru prędkości względem pełnej procedury modalnej. Tworzony jest model...
-
Optymalizacja prędkości obrotowej narzędzia podczas frezowania - procedura modalna
PublicationW pracy zaproponowano metodę wyznaczania optymalnej prędkości obrotowej narzędzia podczas frezowania. Pierwszym etapem procedury jest walidacja parametrów modelu dyskretnego MES przedmiotu obrabianego z wynikami identyfikacji modalnej rzeczywistego obiektu. Po dopasowaniu parametrów modelu dyskretnego przedmiotu tworzony jest model hybrydowy procesu obróbki. Następnie dopasowywane są parametry symulacji i dla wybranych prędkości...
Year 2017
-
Dynamika i sterowanie układów modelowanych mieszaną metodą sztywnych i odkształcalnych elementów skończonych
PublicationPrzedstawiono mieszaną metodę sztywnych i odkształcalnych elementów skończonych oraz metodę sterowania optymalnego przy energetycznym wskaźniku jakości względem trajektorii ruchu zadanego jako skuteczne instrumentarium w rozwiązywaniu złożonych problemów dynamiki i sterowania niestacjonarnych oraz nieliniowych układów mechanicznych. Na ich bazie opracowano oryginalne sposoby nadzorowania, stanowiące istotny wkład do rozwoju wiedzy...
-
Modelling and Simulation of a New Variable Stiffness Holder for Milling of Flexible Details
PublicationModern industry expectations in terms of milling operations often demand the milling of the flexible details by using slender ball-end tools. This is a difficult task because of possible vibration occurrence. Due to existence of certain conditions (small depths of cutting, regeneration phenomena), cutting process may become unstable and self-excited chatter vibration may appear. Frequency of the chatter vibration is close to dominant...
-
Opracowanie koncepcji oraz programów pilotowych modyfikacji mapy optymalnych prędkości obrotowych wrzeciona
PublicationPodczas obróbki przedmiotów o małych gabarytach, dobór najbardziej korzystnej prędkości obrotowej wrzeciona w trakcie obróbki, jest realizowany na podstawie uogólnionego warunku Liao-Younga. Częstotliwość drgań samowzbudnych typu chatter może być różna dla różnych punktów powierzchni obrabianej. Dlatego tworzona jest mapa optymalnych prędkości obrotowych. W przypadku obrabiania przedmiotów ponadgabarytowych, wspomniana wcześniej...
-
Opracowanie koncepcji oraz programów pilotowych optymalizacji sztywności zamocowania przedmiotu obrabianego
PublicationArtykuł ma na celu przedstawienie metody minimalizacji drgań podczas obróbki przedmiotów wielkogabarytowych bez konieczności sterowania w trybie on-line kinematycznymi parametrami skrawania w trakcie obróbki. Wykorzystuje do tego różne współczynniki sztywności zamocowania przedmiotu obrabianego przez lokalizację sprężystych elementów mocujących o znanej sztywności w określonych miejscach.
-
Optimization of clamping stiffness during milling of high-dimensional structures with the use of techniques of experiment – aided virtual prototyping
PublicationThe subject of this paper is a method of searching for conditions of minimizing the vibration level of a tool-high dimensional flexible workpiece, at unchangeable technological parameters of the machining process. It depends on repeatable change of the values of the stiffness coefficients as soon as an optimal vibration state of the workpiece approaches. There are assessed the values of dominant ”peaks” in the frequency spectra...
-
Optymalizacja sztywności zamocowania podczas frezowania przedmiotów wielkogabarytowych z wykorzystaniem wirtualnego prototypowania wspomaganego eksperymentem
PublicationPrzedstawiono rozważania dotyczące problemów nadzorowania drgań podczas frezowania wielkogabarytowych przedmiotów podatnych, z wykorzystaniem nowego sposobu doboru współczynników sztywności zamocowania przedmiotu obrabianego. Dotychczas powszechnie stosowany w pracach naukowych i badaniach przemysłowych sposób polegał na uwzględnieniu jedynie własności dynamicznych przedmiotu. Takie podejście jest niewystarczające, jeżeli o stanie...
-
Technika wirtualnego prototypownia wspomaganego eksperymentem w zastosowaniu do poszukiwania optymalnej prędkości obrotowej podczas frezowania przedmiotów wielkogabarytowych
PublicationPrzedstawiono rozważania dotyczące problemów nadzorowania drgań podczas frezowania wielkogabarytowych przedmiotów podatnych, z wykorzystaniem nowego sposobu dopasowania prędkości obrotowej wirującego narzędzia. Dotychczas powszechnie stosowana w pracach naukowych i badaniach przemysłowych modalna procedura nadzorowania drgań narzędzie-przedmiot obrabiany polegała na uwzględnieniu jedynie własności dynamicznych przedmiotu obrabianego....
Year 2016
-
Analysis of Crash Computation on a Basis of the Pronciple of Linear Momentum and Kinetic Energy
PublicationThe article shows the calculation of a vehicle crash with a fixed pile, modelled by the finite element method. There were compared during the crash simulations changes in kinetic energy, as well as – changes in linear momentum and its derivative, with respect to time. Calculations were made in the HyperWorks CAE software environment. The obtained results show influence of various body parts and devices of the deceleration on...
-
Identification of Kinematic Excitation Function by the Modal Coordinates Estimation of the System's Dynamics
PublicationThe paper presents a method of the kinematic excitation courses’ identification in excitation points, based on the car road test acceleration at different measurement points. For the purpose of the laboratory fatigue life investigation of contemporary complex structures (e.g. cars bodies) and components of these structures (i.e. cars roofs), only a few first vibration modes are usually taken into account. During real life tests...
-
Mechatronic Design Towards Investigation of the Temporo-Mandibular Joint Behaviour
PublicationA significant problem of the temporo-mandibular joint (TMJ) research is lack of data concerning geometry and position of TMJ discs. It leads to necessity of developing a driving method of the process optimization, which is based on chosen techniques of mechatronic design. In particular, the latter concerns a technique of experimentally supported virtual prototyping. On this stage, the research is characterized by well-verified...
-
Optimal control at energy performance index of the mobile robots following dynamically created trajectories
PublicationIn practice, the problem of motion control of the wheeled mobile robots is often neglected. Wheeled mobile robots are strongly nonlinear systems and restricted by non-holonomic constraints. Motion control of such systems is not trivial task and usage of non-optimal control signals can lead to deterioration of the overall robot system’s performance. In case of autonomous application of the mobile robots all parts of its control...
-
Optimal control of 2-wheeled mobile robot at energy performance index
PublicationThe paper presents the application of the optimal control method at the energy perfor- mance index towards motion control of the 2-wheeled mobile robot. With the use of the proposed method of control the 2-wheeled mobile robot can realise effectively the desired trajectory. The problem of motion control of mobile robots is usually neglected and thus performance of the realisation of the high level control tasks is limited.
Year 2015
-
A modified method of vibration surveillance by using the optimal control at energy performance index
PublicationA method of vibration surveillance by using the optimal control at energy performance index has been creatively modified. The suggested original modification depends on consideration of direct relationship between the measured acceleration signal and the optimal control command. The paper presents the results of experiments and Hardware- in-the-loop simulations of a new active vibration reduction algorithm based on the energy...
-
Mechatronic design o strongly nonlinear systems on a basis of three wheeled mobile platform
PublicationRemarkable grow in demand both of mobile platform operability performance and reduction of project leading time development encourage to apply modern algorithms and reliable engineering tools for the design process. The paper discusses the mechatronic design applied for the surveillance system based on the energy performance index algorithm. The exploited mechatronic techniques i.e. virtual prototyping, Hardware-In-the-Loop Simulation...
-
Optimal spindle speed determination for vibration reduction during ball-end milling of flexible details
PublicationIn the paper a method of optimal spindle speed determination for vibration reduction during ball-end milling of flexible details is proposed. In order to reduce vibration level, an original procedure of the spindle speed optimisation, based on the Liao–Young criterion, is suggested. As the result, an optimal, constant spindle speed value is determined. For this purpose, on-stationary computational model of machining process is...
Year 2014
-
A Concept of Mechatronic design for a Surveillance of Dynamic Systems
PublicationW publikacji przedstawiono zastosowanie koncepcji projektowania mechatronicznego w nadzorowaniu systmów dynamicznych. W szczególności są to aktywne nadzorowanie drgań podczas frezowania oraz nadzorowanie ruchu platformy 3-kołowej. Przy tworzeniu opisywanych rozwiązań zastosowano techniki projektowania wirtualnego, symulacjje komputerowe jaki w technice Hardware-in-the-Loop. W pracy zamieszczono także przykładowe wyniki badań eksperymentalnych...
-
High Speed Milling vibration surveillance with optimal spindle speed based on optimal speeds map
PublicationThe paper presents the method of the surveillance of the self-excited chatter vibration. At first, the workpiece modal parameters are estimated based on experimental data which leads to verification of computational model. Then, for selected surface points optimal spindle speeds are calculated. By considering sufficient amount of points it is possible to build a map of optimal spindle speeds. Experimental results show that this...
-
Vibration surveillance for efficient milling of flexible details fixed in adjustable stiffness holder
PublicationThe paper presents the results of research related to the possibility of using an intelligent workpiece holder with adjustable stiffness, during end milling process. Machining a one side supported flexible workpiece will be performed with constant spindle speed and feed speed. In order to avoid hazardous vibration, stiffness of the especially designed spring (mounted in a workpiece holder) will be modified off-line. In order to...
-
Vibration surveillance supported by Hardware-In-the-Loop Simulation in milling flexible workpieces
PublicationW artykule przedstawiono nowoczesne podejście do problemu minimalizacji poziomu drgań podczas frezowania szybkościowego elementów podatnych. Do analizy dynamicznej procesu skrawania zastosowano niestacjonarny model opisany we współrzędnych hybrydowych. Na tej podstawie, przy wykorzystaniu energetycznego wskaźnika jakości wyprowadzono opis sygnału sterującego. Sygnał ten jest następnie stosowany do aktywnej redukcji drgań przedmiotu...
-
Vibration Surveillance System with Variable Stiffness Holder for Milling Flexible Details
PublicationEfficient milling of the flexible details (i.e. rotor blades, thin-walled elements) using slender ball-end tools is a difficult task due to possibility of vibration occurrence. Because of the existence of certain conditions (small depths of cutting, regeneration phenomena), cutting process may lose stability and self-excited chatter vibration may appear. Frequency of the chatter vibration is close to dominant natural frequency...
Year 2013
-
A Surveillance Of Dynamic Processes in Selected Mechatronic Systems
PublicationThe paper concerns development of original method of optimal control at energy performance index and its application to dynamic processes surveillance of some mechatronic systems. The latter concerns chatter vibration surveillance during highspeed slender milling of rigid details, as well as motion control of two-wheeled mobile platform. Results of on-line computer simulations and real performance on the target objects reflect...
-
HILS for the Design of Three-Wheeled Mobile Platform Motion Surveillance System with a Use of Energy Performance Index
PublicationCurrent tendency in mechatronic design requires the use of comprehensive development of an environment, which gives the possibility to prototype, design, simulate and integrate with dedicated hardware. The paper discusses the Hardware-In-the-Loop Simulations (HILS) mechatronic technique, used during the design of the surveillance system based on energy performance index. The presented test configuration (physical controller – emulated...
-
The Optimal Spindle Speed Map for Reduction of Chatter Vibration During Milling of Bow Thruster Blade
PublicationW artykule przedstwiono przykład wykorzystania procedury tworzenia mapy optymalnych prędkosci obrotowych w celu ograniczenia drgań samowzbudnych podczas frezowania płata śruby okrętowego steru strumieniowego.
-
VIBRATION SURVEILLANCE DURING MILLING OF FLEXIBLE DETAILS WITH A USE OF THE ACTIVE OPTIMAL CONTROL
PublicationThe main goal of modern machining operations is to achieve increasingly better performance. High Speed Machining and/or High Performance Cutting, despite a lot of advantages, have also some drawbacks, for example, a possibility of losing stability and development of self-excited chatter vibration. This paper presents an approach of vibration surveillance during high speed milling with a use of active optimal control. Non-stationary...
Year 2012
-
A Mechatronic Procedure of Vibration Surveillance During Milling of a Flexible Workpiece
PublicationArtykuł prezentuje mechatroniczne podejście do nadzorowania drgań podczas obróbki szybkościowej przedmiotów podatnych z wykorzystaniem aktywnego sterowania optymalnego. Układ sterowania składa się z aktywych wzbudników piezoelektrycznych przymocowanych do przedmiotu. Efektywnośc metody została potwierdzona symulacjami komputerowymi i badaniami eksperymentalnymi.
-
A method of vibration surveillance with a use of the optimal control at energy performance index and the acceleration feedback
PublicationDokonano twórczej modyfikacji metody nadzorowania drgań za pomocą sterowania optymalnego przy energetycznym wskaźniku jakości. Zaproponowano oryginalną modyfikację, która polega na bezpośrednim powiązaniu sygnału pomiarowego z akcelerometru i optymalnego sygnału sterującego. Przewidziano obiecujące perspektywy zastosowań praktycznych zmodyfikowanej metody do przypadków frezowania szybkościowego.
-
Active Damping of Impulse-Excited Flexible Plate Vibration
PublicationArtykuł prezentuje metodę aktywnego tłumienia drgań podatnej płytki wzbudzanych impulsowo. Układ sterowania składa się z aktywych wzbudników piezoelektrycznych przymocowanych do przedmiotu. Efektywnośc metody została potwierdzona badaniami eksperymentalnymi.
seen 4717 times