Parmak Frezelerde Kesme Kuvvetlerinin Modellenmesi
Modelling of Cutting Forces with End Mills
Yazar: Bayram, Bayram Sercan; Korkut, İhsan
Dergi: Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, Vol. 10 No. 4, 2022
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Cutting dynamics,force model,mechanistic model ; Kesme dinamiği,kuvvet modeli,mekanistik model

Bir üretim yöntemli olan frezeleme, üretimin gerçekleştirildiği birçok alanda sıklıkla kullanılan önemli bir metottur. Bu yöntem ile üretilen parçaların kalitesini ve üretim performansını iyileştirmek için yapılan çalışmalarda, frezeleme dinamiğinin anlaşılması önemlidir. Frezeleme operasyonunda kullanılan kesici takımlar birçok farklı geometriye sahiptir ve kesici geometrisi kesme işlemi sırasında oluşan kuvvetleri doğrudan etkiler. Bu yüzden, kesme sırasında oluşan kuvvetler takım tasarımı için temel parametrelerdendir. Bu çalışmada, kesme kuvvetlerini tahmin etmek için, optimize edilen verilerin kullanıldığı mekanistik bir model geliştirilmiştir. Ölçümü yapılan kuvvet sinyalleri, Fourier yaklaştırması yöntemi ile optimize edilmiştir. Kesme katsayılarının kalibrasyonu için, ön frezeleme deneyleriyle yedi farklı ilerleme hızı parametre olarak belirlenmiştir. Belirlenen her bir ilerleme parametresi ile sabit kesme hızı ve eksenel derinlikte üç tekrarlı kalibrasyon deneyleri yapılmıştır. Deney koşullarının özdeş olabilmesi için numunelerin boyutları aynı boyutlara işlenmiş ve yüzeyleri taşlanmıştır. İş parçası olarak sıklıkla kullanılan mühendislik malzemesi AISI 4140 ıslah çeliği tercih edilmiştir. Frezeleme deneyleri, 3350 dev/dk iş mili hızı ve 10 kHz örnekleme aralığında, AlCrN kaplı Tungsten karbür(WC) alaşımından üretilmiş 38° helis açılı parmak frezeler ile 500 μm sabit eksenel derinlikte gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen model ile yapılan kuvvet tahminleri deneysel ölçümlerle karşılaştırılmış ve tahminlerin %80-90 doğruluk aralığında deneysel verilerle uyum gösterdiği görülmüştür.

Milling is an important production method that is frequently used in many areas. It is important to understand the dynamics of the milling process to improve the quality and production performance of the parts. The cutting tools used in the milling operation have many different geometries. The geometry directly affects the occurred forces during the cutting process. Therefore, the occurred forces are essential parameters for tool design. In this study, a mechanistic model was developed using optimized data to predict shear forces. The measured force signals were optimized by the Fourier approximation method. For the calibration of the cutting coefficients, seven different feed rates were determined as parameters by preliminary tests. Three repetitive calibration experiments were performed at constant cutting speed and axial depth with each feed rate. In order to have identical test conditions, the samples were machined to the same dimensions and their surfaces were ground. AISI 4140 tempered steel was preferred for samples. Milling experiments were carried out with 38° helix angled end mills made of AlCrN coated Tungsten carbide (WC) alloy at a fixed axial depth of 500 μm. The spindle speed was at 3350 rpm, and the sampling rate was at 10 kHz. The force estimations from the developed model were compared with the experimental results and it was seen that the estimations were following the experimental results in accuracy between 80% and 90%.