Mikro frezeleme uygulamalarında en uygun takım yolunun ve kesme parametrelerinin belirlenmesi
Determining optimum toolpath and cutting parameters in micro milling processes
Yazar: EMRE GÜNAYDIN
Danışman: DOÇ. DR. BABÜR ÖZÇELİK
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Doğrusal olmayan optimizasyon = Non-linear optimization ; Metal kesme = Metal cutting ; Parametre optimizasyonu = Parameter optimization

Özet:
Teknolojik gelişmelere paralel olarak günümüz sanayi dünyasında mikro ölçüde talaşlı imalat gereksinimi giderek artmaktadır. Bu gereksinimlerin mikro hassasiyetteki ölçüleri ve toleransları sebebiyle makro imalat yöntemlerine kıyasla imalat süreleri uzun ve maliyetleri yüksektir. Mikro kanal frezeleme uygulamalarında, imalat sürelerinin ve maliyetlerinin uygun takım yolu stratejisi tespiti ve kesme parametrelerinin iyileştirilmesi ile azaltılabileceği bu çalışma ile gösterilmiştir.
Uygun işleme stratejisinin tespitinde Trochoid işlemeye uygun,26 farklı parametrik takım yolu geometrisi oluşturulmuştur. Bu geometrilerden elde edilen NC çıktı formatları CNC tezgâhlarında değerlendirilmiş ve bütün kontrol ünitelerine uyum sağlayabilen en iyi 4 geometri ve NC çıktı formatı kararlaştırılmıştır. Bu 4 geometrilerden elde edilen en uygun NC çıktı formatı ile aynı kesme parametreleri değerlerinde 6 kesme deneyi uygulanmıştır. Bu deneylerde kesme kuvveti, kesici aşınması, ölçüsel doğruluk ve yüzey pürüzlülüğü değerlendirilmiş, sonuç olarak en iyi TROCHOİD geometrik yapı ve işleme stratejisi tespit edilmiştir.
Kesme parametrelerinin iyileştirilmesinde merkezi farklar deney tasarım tablosu kullanılarak 25 kesme deneyi oluşturulmuştur. Karar değişkenleri olarak; kanal genişliği-takım çapı oranı, yanal kaçma mesafesi, diş başına ilerleme ve kesme hızı değerleri belirlenmiştir. Bu dört karar değişkenine bağlı kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve takım aşınması değerlerini hesaplayan parametrik polinom benzeri matematik modeller oluşturulmuştur. Oluşturulan bu modeller mikro kanal frezeleme işleminin bir kısıtlı optimizasyon formatında tanımlanmasında kullanılmıştır. Kısıtlamalara bağlı kalarak toplam işlem maliyetini minimize eden en iyi karar değişkenleri tespit edilmiştir. Modellerin uyum kontrolü, ara karar değişkeni değerlerinde yapılmış 4 deney ile kontrol edilmiştir. Araştırma sonucunda en uygun mikro kanal frezeleme şartları ortaya konmuştur. Parametrik olarak düzenlenen bu çalışma günümüz sanayisinde farklı kesme parametrelerinde kolaylıkla uygulanabilir bir yapıdır.

Abstract:
In today's industrial world, the need for machining processes in mikro scale is continuously increasing in parallel with technological developments. Due to mikro dimensions and tolerances of these processes, they need more time to implement and rise in costs compared to macro manufacturing methods. In this study, it is shown that in mikro slot milling applications, manufacturing times and costs can be reduced by improving appropriate tool path strategies and cutting parameters. 
In determining the appropriate tool path strategies, according to Trochoid machining strategy, 26 different parametric tool path geometries have been created. NC output formats obtained from these geometries were evaluated in different CNC machines and best four geometries and NC output formats were determined, which fit to all control units. Optimal NC output format obtained from these four geometries was used to perform 6 cutting experiments by using same cutting parameters. In these experiments shear force, tool wear, dimensional accuracy and surface roughness were evaluated and accordingly best processing strategies and TROCHOID geometric structure were determined. 
In improving the cutting parameters, 25 cutting experiments were designed by using central composite design of experiment. As for the decision variables; channel width-tool diameter ratio, step-over, feed per tooth and cutting speed were included.  Parametric polynomial like mathematical models were created to calculate the values of the share force, surface roughness and tool wear according to these four decision variables. These obtained models were used to define a mikro channel machining process in a limited optimization format. Conforming to the boundary conditions, the best decision variables were fixed (identified) to minimize the cost of production. Accuracy of models were checked by 4 experiments conducted by using different interim decision variable values. This study, which was realized parametrically, is a feasible structure in today's industry that can easily be used with different cutting parameters.