Publication: CNC tezgahlarda kullanılan kesici takımlarda takım aşınmasının kesme performansına dinamik etkileri
Abstract
Frezeleme işleminde, iş parçalarından talaş kaldırma sırasında meydana gelen titreşimler, işleme kalitesini olumsuz olarak etkileyen en önemli problemlerdendir. İşleme esnasında kesici takım, iş parçası ve takım tezgahı; periyodik olarak değişen kesme kuvvetleriyle etkilenmektedir. Bu kesme kuvvetleri, iş parçası ve kesici takım teması arasında titreşimleri meydana getirmektedir. Frezeleme, kesintili talaş kaldırma işlemi olduğundan dolayı meydana gelen titreşimler, kendi kendisini beslemektedir. Kesme kuvveti zorlamasıyla kendisini besleyen titreşimlere takım tartaklaması veya tırlaması denir. Yani başka bir ifadeyle tırlama, takımın körlenerek düzgün olmayan yüzey pürüzlülüğü hasıl eden titreşim olayıdır. Bu tırlama (tartaklama) sonucunda, işlenen yüzeyin dalgalı olması nedeniyle yüzey kalitesi bozulmaktadır. Takım tırlamasının etkisiyle takımın kesici kenarı daha çabuk aşınmakta ve hatta kırılmaktadır. Uzun zamanlardan beri araştırıldığı literatürden anlaşılmış olduğundan dolayı tartaklamanın olmadığı işleme şartları ele alınmıştır. Bu çalışmada; aşınmış parmak freze kesicileriyle frezeleme işleminde, meydana gelen takım tırlaması davranışını gösteren, yeni analitik bir yaklaşım geliştirilmiştir. Geliştirilen model, kesici takım geometrisini esas almaktadır. Takım tırlamasının meydana gelmediği işleme şartlarının işleme öncesi belirlenebilmesi amacıyla yapılan bu çalışma, dört bölümden meydana gelmektedir: Birinci bölümde, frezeleme işleminde konu ile ilgili karşılaşılan problemler ve sonuçları kısaca anlatılmıştır. Frezeleme işlemi ile ilgili yapılan çalışmalar kronolojik olarak özetlenmiştir. Daha sonra, genel aşınma mekanizmaları ve aşınma ölçüm yöntemleri kısaca tanıtılmıştır. Son olarak, işleme esnasında sık karşılaşılan takım aşınması türlerine yer verilmiştir. İkinci bölümde, frezeleme işlemlerinde kullanılan parmak frezeler için statik kesme kuvvet modellemesi yapılmıştır. Kesici takım ve iş parçası teması geometrisinin, kesme kuvvetlerini nasıl etkilediği üzerinde durulmuştur. Bu araştırma için, küresel uçlu ve helis açısı olmayan bir parmak freze için model geliştirilmiştir. Frezelemede, kesici kenarı aşınmış takımların meydana getirdiği kesme kuvvetlerinin araştırılmasına yönelik, silindirik uçlu ve helis açısı olmayan bir parmak freze için, kesme kuvvet katsayıları elde edilmiştir. Bilahare, frezeleme işlemi için; takım tırlamasının kararlı olduğu bölgenin sınırlarının, teorik olarak belirlenmesi formülasyonu üzerinde durulmuştur. Bu durum için, toplam kesme kuvvet katsayıları formülasyonu geliştirilmiştir. Geliştirilen formülasyon, tırlama kararlılık analizinde kullanılmıştır. Sonuçta takım tırlamasının meydana gelmediği işleme şartlarının teorik olarak belirlenebilmesi mümkün olmuştur. Üçüncü bölümde, kullanılan deney seti tanıtılmıştır. Geliştirilen kesme kuvvet modellerinin doğrulanması ve kesme kuvveti katsayılarının elde edilmesi amacıyla frezeleme deneyleri yapılmıştır. Deneylerden elde edilen kuvvet katsayıları, takım tırlaması kararlılık formülasyonunda kullanılmıştır. Deney sonuçları ile teorik sonuçların karşılaştırılmasıyla kuvvet modellerinin doğruluğu ve güvenirliliği mukayese edilmiştir. Dördüncü bölümde ise, elde edilen bütün sonuçlar tartışılmış ve genel bir değerlendirmesi yapılmıştır. Konuyla ilgili ileride yapılacak çalışmalar için öneriler sunulmuştur.
During chip removal process from workpieces in milling have occured machine tool vibrations which effect machining precision are the most important problems. Tool, workpiece and machine tool are effected by the cutting forces which has periodically changes. The chatter vibrations which consist of this variable cutting forces occur between workpiece and cutter due to contacting of tool cutting edge. In milling process has occured vibrations which has self growth mechanism due to discontinuously chip removal process. The chatter which excited by cutting force is self growth vibrations. Surface quality is destroyed in finish operation as a consequent of chattering vibrations. Cutting edge of tool is wearing also breaking more quickly by effect of chatter. For this reason, the best cutting conditions that has no chatter have been investigated. In this study, an analytical approach that has been defined specifies chattering behaviour is improved for worn cutting tools in milling. Presented model bases on cutter geometry. This work has been making by purpose which cutting conditions has no chatter that can be defined before operation. This study consist of five sections. In the first section, in milling where the problems have been occured and results of these are briefly explained. The previous studies about milling machine tools have been summarized respectively date. After this, generally wearing mechanism and wear measuring methods are briefly explained. And then during the milling process are oftenly occured kinds of tool wearing have been explained. In the second section, by using milling operations, static cutting force modelling is made for milling cutters. Contact geometry of cutter and workpiece where how effected the cutting forces have been investigated. At this research, the cutting force model for milling cutter that has ball tip and zero helix angle has been developed. In order to investigate on wearing tool edge effected cutting forces wearing force model has been developed for tool which has cylindirical tip and non helical cutting edge. And aid this model, cutting force coefficients have been obtained. Formulation of chatter stability lobes theoretical estimated is explained. For this situation, formulation of total cutting force coefficients have been developed. And formulation has been used in chatter stability analyse. So, cutting conditions which have no chattering vibrations as theoretical can be defined. In the third section, using experimental set-up is explained. For verification of developed cutting force models and cutting force coefficients can be obtained, milling experimentals have been made. From experimental have obtained force coefficients have been used in formulation of chatter stability. Experimental results and theoretical simulation results have been compared. So being correct and reability of models have been tested. In the fourth section, the obtained from this study all results have been discussed and general evaluation is made. And some suggestions have been offered for later.
During chip removal process from workpieces in milling have occured machine tool vibrations which effect machining precision are the most important problems. Tool, workpiece and machine tool are effected by the cutting forces which has periodically changes. The chatter vibrations which consist of this variable cutting forces occur between workpiece and cutter due to contacting of tool cutting edge. In milling process has occured vibrations which has self growth mechanism due to discontinuously chip removal process. The chatter which excited by cutting force is self growth vibrations. Surface quality is destroyed in finish operation as a consequent of chattering vibrations. Cutting edge of tool is wearing also breaking more quickly by effect of chatter. For this reason, the best cutting conditions that has no chatter have been investigated. In this study, an analytical approach that has been defined specifies chattering behaviour is improved for worn cutting tools in milling. Presented model bases on cutter geometry. This work has been making by purpose which cutting conditions has no chatter that can be defined before operation. This study consist of five sections. In the first section, in milling where the problems have been occured and results of these are briefly explained. The previous studies about milling machine tools have been summarized respectively date. After this, generally wearing mechanism and wear measuring methods are briefly explained. And then during the milling process are oftenly occured kinds of tool wearing have been explained. In the second section, by using milling operations, static cutting force modelling is made for milling cutters. Contact geometry of cutter and workpiece where how effected the cutting forces have been investigated. At this research, the cutting force model for milling cutter that has ball tip and zero helix angle has been developed. In order to investigate on wearing tool edge effected cutting forces wearing force model has been developed for tool which has cylindirical tip and non helical cutting edge. And aid this model, cutting force coefficients have been obtained. Formulation of chatter stability lobes theoretical estimated is explained. For this situation, formulation of total cutting force coefficients have been developed. And formulation has been used in chatter stability analyse. So, cutting conditions which have no chattering vibrations as theoretical can be defined. In the third section, using experimental set-up is explained. For verification of developed cutting force models and cutting force coefficients can be obtained, milling experimentals have been made. From experimental have obtained force coefficients have been used in formulation of chatter stability. Experimental results and theoretical simulation results have been compared. So being correct and reability of models have been tested. In the fourth section, the obtained from this study all results have been discussed and general evaluation is made. And some suggestions have been offered for later.