Talaşlı imalattaki titreşimin kesici takım ömrüne etkilerinin analizi
Analysis of vibration effects on tool life in machining
Yazar: İBRAHİM DEMİR
Danışman: PROF. DR. NİZAMİ AKTÜRK ; DOÇ. DR. MUSTAFA MEHMET FATİH KARAHAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve  Dinamiği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada talaşlı imalattaki titreşimin kesici takım ömrüne etkisi incelenmiştir. Takım ömrü için yan yüzey aşınmasının temel ölçüt olarak kullanılmasından dolayı titreşim ile yan yüzey aşınması arasında doğrusal olmayan bir bağıntı önerilmiştir. İlgili bağıntıyı da içeren tek serbestlik dereceli sistem için matematik model oluşturulmuştur. Takım ömrüne, kararsız bölgedeki çalışmanın olumsuz etkisi bilinmektedir. Sistemi kararsızlığa sürükleyen etkenlerden biri de takım bağlama uzunluğudur. Takım tutucu için Euler-Bernoulli kiriş teorisine dayanan enine titreşim modeli kurulmuştur. Kritik kararlı kesme bölgesinde, iş parçası dönme hızına göre takım bağlama uzunluğunu belirleyebilecek matematiksel bir fonksiyon bu model aracılığıyla önerilmiştir. Matematik modellerin çözümü için Diferansiyel Dönüşüm Metodu (DTM) kullanılmıştır. Tek serbestlik dereceli sistem Matlab dde23, Simulink ve Simscape Multibody, kiriş sistemi ise Matlab ddesd ve Simscape Multibody programlarında ayrıca modellenmiştir. Farklı kesme derinlikleri, iş parçası hızları ve bağlama uzunlukları için çözümlemeler yapılmıştır. Bu çalışmada oluşturulan tek serbestlik dereceli model, önceki çalışmalarda kullanılan işlem sönüm etkili modelle benzer fiziksel sonuçlar vermiştir. Oluşturulan matematik model sayesinde kesici takımın yan yüzeyindeki aşınmanın, titreşim etkisiyle değişim eğilimi belirlenebilmiştir. Genliğin artması titreşim etkili yan yüzey aşınmasını artırmaktadır. Dolayısıyla da takım ömrü kısalmaktadır. Tek serbestlik dereceli modelde büyük q değerleri daha büyük genlik oluşmasına neden olmaktadır. Ancak titreşim etkili yan yüzey aşınma uzunluğu daha küçük kalmaktadır. Kritik kararlı kesme bölgesinde çalışırken genliğin azalması için bağlama uzunluğu artırılmalı veya azaltılmadır. Genliğin, bağlama uzunluğunu değiştirerek kontrol altına alınması takım ömrünü korumaya yönelik bir adımdır. İş parçasının dönme hızıyla, takım tutucu uzunluğunun tırlama kararlılığına etkisi ayarlanabilmektedir.

Abstract:
In this study, the effect of vibration on cutting tool life has been investigated in machining. Since the flank wear is used as the main criterion for tool life, a nonlinear relationship between vibration and flank wear has been proposed. A mathematical model has been built for the single degree of freedom system, including the relevant relation. It is known that working in the unstable region has a negative effect on tool life. One of the factors that drives the system to instability is the tool holder length. A transverse vibration model based on Euler-Bernoulli beam theory has been established for the tool holder. In the critical stable cutting region, a mathematical function that can determine the tool holder length with respect to the spindle speed is proposed through this model. Differential Transformation Method (DTM) was used for the solution of the mathematical models. The single degree of freedom system was modeled in Matlab dde23, Simulink and Simscape Multibody, and the beam system was modeled in Matlab ddesd and Simscape Multibody. Analyzes have been made for different cutting depths, spindle speeds and overhang lengths. The single degree of freedom model formed in this study gave similar physical results to the model with process damping effect used in the previous studies. Owing to the mathematical model created, the tendency in the change of the flank wear with the vibration effect could be determined. The increase in amplitude increases the flank wear. Therefore, the cutting tool life is shortened. In the single degree of freedom model, large q values cause greater amplitude. However, the vibration effected flank wear length remains smaller. The tool holder length should be increased or decreased to decrease the amplitude when operating in the critical stable cutting region. Controlling the amplitude with changing the tool holder length is intended to preserve tool life. The effect of the tool holder length on the chatter stability can be adjusted by changing the spindle speed of the workpiece.