A new approach for modelling and simulation of the cutting forces in end milling processes is presented. In this approach, the cutting forces in end milling are modelled based on a predictive machining theory, in which the machining characteristic factors are predicted from input data of fundamental workpiece material properties, tool geometry and cutting conditions. In the model, each tooth of a end milling cutter is divided into a number of slices along the cutter axis. The cutting action of each of the slices is modelled as an oblique cutting process. For the first slice of each tooth, it is modelled as oblique cutting with end cutting edge effect, whereas the cutting actions of other slices are modelled as oblique cutting without end cutting edge effect. The cutting forces in the oblique cutting processes are predicted using a predictive machining theory. The total cutting forces acting on the cutter is obtained as the sum of the forces at all the cutting slices of all the teeth. A Windows-based simulation system for the cutting forces in end milling is developed using the model. Experimental milling tests have been conducted to verify the simulation system.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.13
no.4
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pp.9-15
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2004
A reasonable analysis of cutting force in end milling may give much advantage to improvement of productivity and cutting tool life. In order to analyze cutting force, the cutting dynamics was modelled mathematically by using chip load, cutting geometry, and the relationship between cutting forces and the chip load. The specific cutting constants of the cutting dynamics model were obtained by average cutting forces, tool diameter, cutting speed, feed, axial depth, and radial depth of cut. The model is verified through comparisons of model predicted cutting forces with measured cutting forces obtained from machining experiments. The results showed good agreement and from that we could predict reasonably the cutting forces in end milling.
In order to obtain a standard reference for designing an adequate power rice transplanter, the cutting forces depending upon variety of seedling, sowing density, seedling age and soil moisture content of mat-type seedling were measured by the rice transplanter installed with force measuring device of dynamic strain gage system in the laboratory. The result of this study are summarized as follows : 1. Cutting velocity and acceleration transplanting hoe obtained from jinematic analysis of planting mechanism was 1.32m/sec and 81.5m/$sec^2$ when planting crank-shaft rpm was 160. 2. Little difference between cutting forces on 30-days old seelings of japonica and Indica type was observed, as the cutting forces determined were 2.0kg per hill for Japonica type and 2.1kg per hill for Indica type. 3. Cutting forces determined on 40-days old seedlings were 2.5kg, 2.3kg, 3.1kg and 2.9kg per hill for Milyang No.15, Tongil, Akibare and Milyang No.23 compared to the other varieties. 4. The cutting force was not greatly affected by the sowing densities , only five percent of differences were observed epending upon the sowing densities. 5. Cutting forces were 2.7kg and 2.0kg per hill on 40-days old seedlings and 30-days old seedlings respectively. About 38 percent of more forces was required in cutting 40-days old seedling than in cutting 30-days old seedlings. 6. More cutting forces were required as soil moisture content of mat-type seedling was decreased. 7. Root length after cutting by the planting hoe and their relationships with soil moisture content on 30-days old seedlings, are as follows ; $y=4.147-11.384x+ 28.854x^2$ where , $y$=root length after cutting. (cm) , $x$=soil ture content of mat type seedlings.(%, d.b.) 8. Cutting forces were varied with the width of cuttings ; those on 40-days old mat type seedlings were 2.7kg and 2.2kg per hill when cutting with 14 mm and 10mm of width respectively, about 32 percent of more forces was required when cuting with 14mm of width compared to 10mm of width.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.1042-1047
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2001
A mechanistic model is developed to predict the thrust force and cutting torque of drilling process including wear. A mechanistic oblique cutting force model is used to develop the drilling force model. The cutting lips are divided into small elements and elemental forces are calculated by multiplying the specific cutting pressure with the elemental chip area. The specific cutting pressure is a function of chip thickness, cutting velocity, rake angle and wear. The total forces are then computed by summing the elemental forces. Measured cutting forces are in good agreement with the simulated cutting forces.
In a high precision vertical machining center, the estimation of cutting forces is important for many reasons such as prediction of chatter vibration, surface roughness and so on. The cutting forces are difficult to predict because they are very complex and time variant. In order to predict the cutting forces of end-milling processes for various cutting conditions, their mathematical model is important and the model is based on chip load, cutting geometry, and the relationship between cutting forces and chip loads. Specific cutting force coefficients of the model have been obtained as interpolation function types by averaging forces of cutting tests. In this paper the coefficients are obtained by neural network and the results of the conventional method and those of the proposed method are compared. The results show that the neural network method gives more correct values than the function type and that in the learning stage as the omitted number of experimental data increase the average errors increase as well.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.9
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pp.2211-2224
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1994
On face milling operation a new optimal cutter, which can minimize the resultant cutting forces, was designed from the cutting force model. Cutting experiments were carried out and the cutting forces of the new and conventional cutters were analyed in time and frequency domains. The resultant cutting forces were used as the objective function and cutter angles as the variables. A new optimal cutter design model which can minimize the resultant cutting forces under the constraints of variables was developed and its usefulness was proven. The cutting forces in feed direction of the newly designed cutter are reduced in comparison with those from the conventional cutter. The magnitudes of an insert frequency component of cutting force from the newly designed cutter are reduced than those from conventional cutter and the fluctuations of cutting force are also reduced.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.6
no.4
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pp.61-70
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1989
A new analytical method is proposed to monitor the chip form of cutting forces applying the techinque of signal process. Cutting experiments are carried out under various cutting conditons and cutting forces are measured in-processing through Tool Dynamometer. In this report, auto-correlation functions, frequency characteristics of dynamic force, high frequency distribution and Peak/RMS values are calculated from the measured cutting forces, and the concept of method is also discussed. The experimental results show that six types of the form of chips are possible to classify from the signal of cutting forces not related to cutting conditions.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.9
s.186
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pp.76-83
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2006
Machining accuracy is closely related with tool deflection induced by cutting forces. In this research, cutting forces and tool deflection in end milling are expressed as a closed form of tool rotational angle and cutting conditions. The discrete cutting fores caused by periodic tool entry and exit are represented as a continuous function using the Fourier series expansion. Tool deflection is predicted by direct integration of the distributed loads on cutting edges. Cutting conditions, tool geometry, run-outs and the stiffness of tool clamping part are considered together far cutting forces and tool deflection estimation. Compared with numerical methods, the presented method has advantages in prediction time reduction and the effects of feeding and run-outs on cutting forces and tool deflection can be analyzed quantitatively. This research can be effectively used in real time machining error estimation and cutting condition selection for error minimization since the form accuracy is easily predicted from tool deflection curve.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.13
no.6
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pp.1-9
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2004
For improvement of productivity and cutting tool lift, cutting force in end milling needs to be predicted accurately. In order to analyze cutting force, the cutting dynamics was modelled mathematically by using chip load, cutting geometry, and the relationship between cutting forces and the chip load. Specific cutting force coefficients of the cutting dynamics model were obtained by average cutting forces, tool diameter, cutting speed, fled, axial depth and radial depth of cut. The effects of the cutting conditions on the specific cutting force constants in milling were studied. The model is verified through comparisons of model predicted cutting forces with measured cutting forces obtained from machining experiments.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2004.04a
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pp.93-98
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2004
A reasonable analysis of cutting force in end milling may give much advantage to improvement of productivity and cutting tool life. In order to analyze cutting force, the cutting dynamics was modelled mathematically by using chip load, cutting geometry, and the relationship between cutting forces and the chip load. Specific cutting constants of the cutting dynamics model were obtained by average cutting forces, tool diameter, cutting speed, feed, axial depth, and radial depth of cut. The effects of the cutting conditions on the specific cutting force constants in milling were studied. The model is verified through comparisons of model predicted cutting forces with measured culling forces obtained from machining experiments
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[게시일 2004년 10월 1일]
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