Static variations of cutting forces are estimated using spindle motor current. Static sensitivity of spindle motor current is higher than feed motor current. The linear relationship between the cutting force and RMS value of the spindle motor current is obtained. Using cutting force estimation, tool overload in milling process can be well detected, and cutting force is regulated at a constant level by feedrate adaptive control.
While a cutting tool is machining a workpiece at various cutting depth, the feedrate is usually selected based on the maximum depth of cut. Even if this selection can avoid power saturation or tool breakage, it is very conservative compared to the capacity of the machine tools and can reduce the productivity significantly. Many adaptive control techniques that can adjust the feedrate to maintain the constant cutting force have been reported. However, these controllers are not very widely used in manufacturing industry because of the limitations in measuring the cutting force signals. In this paper, turning force control systems based on the estimated cutting force signals are proposed. A synthesized cutting force monitor is introduced to estimate the cutting force as accurately as a dynamometer does. Three control strategies of PI, adaptive and fuzzy logic controllers are applied to investigate the feasibility of utilizing the estimated cutting force fur turning force control. The experimental results demonstrate that the proposed systems can be easily realized in CNC lathe with requiring little additional hardware.
In tool condition monitoring systems, parameters should be set to a certain threshold. In many cases, however, the threshold is dependent on cutting conditions, especially the radial immersion ratio. In this presented is a method of on-line estimation of the radial immersion ratio in face milling. When a tooth finishes sweeping, a sudden drop of cutting force occurs. The force drop is equal to the cutting force that acting on a tooth at the swept angle of cut and can be acquired from cutting force signals in feed and cross-feed directions. Average cutting force per tooth period can also be calculated from cutting force signals in two directions. The ratio to cutting forces in two directions acting on a tooth at a certain swept angle of cut and the ratio of average cutting forces in two directions per tooth period are functions of the swept angle of cut and the ratio of radial to tangential cutting forces. Using these parameters, the radial immersion ratio is estimated. Various experiments are performed to verify the proposed method. The results show that the radial immersion ratio can be estimated by this method regardless of other cutting conditions.
In recent manufacturing process, the increase of productivity has been attempted by reducing machining time with the increase of cutting force. However, the excessive increase of cutting force can cause tool breakage and have a bad effect on both manufacturing machine and workpiece. Thus, it is necessary to estimate and control the cutting force in real time during the process. In this study, use of disturbance observer is proposed for the indirect cutting force estimation. The estimated cutting force is used for the real-time control of feedrate, making the actual cutting force follow the reference force command. Since the suggested method does not need an expensive sensor like a dynamometer, the method is expected to be used practically. Since the actual cutting force follow the reference force, resulting the reducing of the machining time the increase of productivity are also expected, and the quality of cutting surface has been improved due to the adjusted feedrate. Besides, an actual constant cutting force guarantees the prevention of tool breakage. To show the effectiveness of the suggested cutting force control method, an experimental setup has been made without sensor and applied to several workpieces. Experiments show that the suggested method is effective to cutting force control of a CNC machining center.
엔드밀링 공정은 형상창성기구의 특성 상, 절삭면적의 주기적인 변화를 피할 수 없다. 그러므로, 본 연구에서는, 가공 중 절삭날과 공작물 사이의 간섭영역에 해당하는 절삭면적의 모델을 확립하여, 가공면 형상 특성과 절삭면적의 관계를 규명하고자 한다. 대상 가공면은 측벽을 선정하였으며, 형상 특성은 축 방향 진직도를 선택하였다. 절삭면적 및 축방향 진직도에 영향을 미치는 특이점 추정 모델의 타당성은 반경 방향 및 축 방향 절삭깊이를 변화시키며 엔드밀링 가공을 수행하여 검증하였다. 연구 결과, 배분력이 음의 값을 갖지 않는 안정적인 엔드밀링 가공의 경우, 상향절삭은 절삭면적이 증가했다. 일정해지는 영역에서, 하향절삭은 절삭면적이 일정했다 감소하는 영역에서 가공면을 창성하며, 영역이 변화될 때 가공면에 특이점이 발생하는 것이 확인되었다.
TBM의 암반 굴착도구인 디스크커터의 작용력은 TBM의 설계와 굴진성능 평가를 위해 핵심적인 항목이다. 본 연구에서는 디스크커터 링의 형상에 따른 디스크커터 작용력의 차이를 실물 선형절삭실험에 의해 실험적으로 분석하였다. 또한 절삭실험 중에 발생하는 커터 링의 변형률을 계측하여 커터 링의 강성을 추정하였다. 분석결과, V형상의 디스크커터를 사용하게 되면 동일한 절삭조건에서 커터 관입깊이를 증가시킬 수는 있지만, 커터의 회전방향으로 큰 응력이 작용하는 것으로 나타났다. 또한 커터 작용력을 예측모델에 의해 추정할 경우에는, 디스크커터의 형상과 관련된 변수들을 고려할 수 있는 모델을 사용하는 것이 타당함을 알 수 있었다.
Radial immersion ratio is an important factor to determine the threshold in face milling and should be estimated in process for automatic force regulation. In this paper, presented is a method of on-line estimation of the radial immersion ratio using cutting force. When a tooth finishes sweeping, sudden drop of cutting forces occurs. This force drop is equal to the cutting force that acts on a single tooth at the swept angle of cut and can be obtained from cutting force signal in feed and cross-feed direction. The ratio of cutting forces in feed and cross-feed directions acting on the single tooth at the swept angle of cut is a function of the swept angle of cut and the ratio of radial to tangential cutting force. In the research, it is found that the ratio of radial to tangential cutting force is not affected by cutting conditions and axial rake angle. Therefore, the ratio of radial to tangential cutting force determined by just one preliminary experiment can be used regardless of the cutting conditions. Using the measured cutting force and predetermined ratio, the radial immersion ratio is estimated. Various experiments show that the radial immersion ratio and instantaneous ratio of the radial to tangential direction cutting force can be estimated very well by the proposed method.
Radial immersion ratio is an important factor to determine the threshold in face milling and should be estimated in process for automatic force regulation. In this paper, presented is a method of on-line estimation of radial immersion ratio using cutting force. When a tooth finishes sweeping, sudden drop of cutting forces occurs. These force drops are equal to the cutting forces that act on a single tooth at the swept angle of cut and can be acquired from cutting force signals in feed and cross-feed directions. The ratio of cutting forces in feed and cross-feed directions acting on the single tooth at the swept angle of cut is a function of the swept angle of cut and the ratio of radial to tangential cutting force. In the research, it is found that the ratio of radial to tangential cutting force is not affected by cutting conditions and axial rake angle. Therefore, the ratio of radial to tangential cutting force determined by just one preliminary experiment can be used regardless of the cutting conditions. Using the measured cutting forces and predetermined ratio, the redial immersion ratio is estimated. various experiments show that the radial immersion ratio can be estimated by the proposed method very well.
평엔드밀 가공된 측벽 형상에 공구 형상이 미치는 영향에 대하여 알아보고자 한다. 이를 위하여, 공구 형상을 비틀림각, 절삭날 수, 직경으로 구분하여 특징지었으며, 가공면의 기하학적 특성은 서로 직교하는 이송방향 형상과 축방향 형상으로 나누어 고려하였다. 각 방향의 형상 특성은 공구와 공작물 및 절삭날과 공작물의 간섭 영역으로부터 계산한 순간 절삭면적을 바탕으로 추정하였으며, 추정의 타당성을 가공면 형상 및 배분력 측정을 통하여 검증하였다. 연구 결과, 이송방향 형상의 결함은 공구 퇴출 및 공구 경로의 곡률반경이 변하는 구간에서 나타나며, 이외의 구간에서는 축방향 형상의 결함이 주를 이루는 것이 확인되었다. 측벽의 가공정밀도를 향상시키기 위해서는, 상대적으로 직경이 작고, 비틀림각이 큰 절삭날을 많이 갖는 엔드밀을 사용하여 상향절삭 하는 것이 바람직할 것으로 추천된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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