Modeling of material removal rate and surface roughness in CNC milling of AISI 1040 steel plate using grey-fuzzy algorithm
AISI 1040 çeliğinin CNC yüzey frezeleme ile işlenmesinde yüzey pürüzlülüğü ve talaş kaldırma miktarının gri-bulanık algoritma ile modellenmesi
Yazar: AHMET BİRATAR
Danışman: PROF. DR. UĞUR EŞME
Tarsus Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında AISI 1040 çeliğinin CNC (Bilgisayar Destekli Tasarım Ve Modelleme) Yüzey Frezeleme ile işlenmesinde yüzey pürüzlülüğü ve talaş kaldırma miktarı, Gri Bulanık Algoritma ile Taguchi L16 ortoganal dizilimi kullanılarak optimize edilmiştir. Çalışmada ilk olarak deney parçaları CNC tezgâhında HSS Ø 20mm parmak freze ile belirlenen kesme parametreleri doğrultusunda işlenmiştir. İşlem parametreleri kesme hızı olarak 47.10, 62.80, 78.50, 94.20 mm/dak, kesme derinliği olarak 0.5, 0.75, 1, 1.25 mm, kesme metodu olarak zig-zag, morph spiral, one way  zig, tezgah mili devir sayısı olarakta 750, 1000, 1250, 1500 dev/dak değerleri kullanılmıştır. Yapılan deneylerde ortalama pürüzlülük değeri (Ra) ve talaş kaldırma miktarı (Mrr) değerleri ölçülmüş ve bu değerler Gri bulanık algoritmanın girdi parametresi olarak belirlenmiştir. Ra ve Mrr' nin çıktı parametresi olarak ise GRG (grey relation grade) kullanılmıştır. Girdi ve çıktı değerleri üyelik fonksiyonu şeklinde matematiksel kümeler biçiminde ifade edilmektedir. Bu alt kümeler "endüşük-düşük-orta-yüksek-dahayüksek-enyüksek" isimleriyle adlandırılmıştır. Girdi ve çıktı değişkenlerinin her bir alt kümesi fuzzy toolboxta mamdani çıkarım modellemesiyle bulanıklaştırılmış ve sonrasında elde edilen çıktı değerleri centroid yöntemine göre durulaştırılarak matematiksel ifadelere dönüştürülmüştür. Parametreler arasındaki değişkenliklerin yüzey pürüzlülüğüne ve talaş kaldırma miktarına etkisi gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlarla talaş kaldırma oranı ve yüzey pürüzlülüğü ilişkisi Anova analizi ile incelenmiştir. Buna göre talaş derinliğinin % 39.47, ilerlemenin %24.73, kesme stratejisinin %17.21 ve kesme hızının % 4.76 oranlarında etkisi olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışmanın deney bulgularına göre en iyi ortalama pürüzlülük değeri 14 nolu deneyde 2.76 µm olarak ölçülmüştür.  Varyans analizinin çıktı verilerine göre ideal yüzey pürüzlülüğüne 1250 dev/dak kesme hızında, 1.45 mm/dak ilerleme hızında, 1.25 mm talaş derinliğinde ve zig kesme stratejisinde ulaşılabileceği bulunmuştur. Bunun sonucunda optimum yüzey pürüzlülüğünün kesme derinliğine ve ilerleme miktarına bağlı değiştiği, ilerleme miktarı ve kesme derinliğinin yüzey pürüzlülüğüne ençok etki eden parametreler olduğu belirlenmiştir. 
Anahtar kelimeler: CNC frezeleme, yüzey pürüzlülüğü, gri bulanık modelleme,taguchi

Abstract:
In this thesis, the surface roughness and material removal rate in CNC (ComputerNumerical Control) face milling of AISI 1040 steel were optimized using the Grey Relational Analysis with Taguchi L16 orthogonal array. In the study, the test pieces were initially machined on a CNC machine using an HSS Ø20 mm end mill according to the determined cutting parameters. The process parameters were cutting speed of 47.10, 62.80, 78.50, 94.20 mm/min, cutting depth of 0.5, 0.75, 1, 1.25 mm, cutting method of zig-zag, morph spiral, one way, zig, and spindle speed of 750, 1000, 1250, 1500 rpm. In the conducted experiments, avarage surface roughness value (Ra) and material remove rate (Mrr) were measured. These values were determined as the input parameters of the Grey fuzzy algorithm GRG (grey relation grade) was used as the output parameter of Ra and Mrr. Input and output values are expressed as mathematical sets in the form of membership functions. These subset were named as "lowest-low-medium-high-higher-highest". Each subset of the input and output variables was fuzzifed using Mamdani inference model in a fuzzy toolbox, and then the obtained output values were defuzzified according to the centroid method and converted into mathematical expressions. The effects of variations in the parameters on surface roughness and material removal rate was observed. The relationship between material removal rate and surface roughness was analyzed using ANOVA. According to the results, cutting depth had a 39.47% effect, cutting speed had a 24.73% effect, cutting strategy had a 17.21% effect, and spindle speed had a 4.76% effect. Accordingly to the experimantal finding of this study, the best avarege surface roughness value was measured as 2.76 µm in experiment number 14. According to the output data of variance analysis, it was found that the ideal surface roughness could be achieved spindle speed of 1250 rpm, cutting speed of 1.45 mm/min, depth of cut of 1.25 mm and zig cutting strategy. As a result, it was determined that the optimum surface roughness varies depending on the depth of cut and cutting speed, and that the cutting speed and cutting depth are the parameters that have the most significant affect on the surface roughness.
Keywords: CNC Milling, surface roughness, Gray Blurred modeling, Taguchi Optimization.