Cutting of rocks is very common encountered in tunneling and mining during underground excavations. A deep understanding of rock-tool interaction can promote industrial applications significantly. In this paper, a distinct element method based approach, PFC3D, is adopted to simulate the rock cutting under different operation conditions (cutting velocity, depth of cut and rake angle) and with various tool geometries (tip angle, tip wear and tip shape). Simulation results showed that the cutting force and accumulated number of cracks increase with increasing cutting velocity, cut depth, tip angle and pick abrasion. The number of cracks and cutting force decrease with increasing negative rake angle and increase with increasing positive rake angle. The numerical approach can offer a better insight into the rock-tool interaction during the rock cutting process. The proposed numerical method can be used to assess the rock cuttability, to estimate the cutting performance, and to design the cutter head.
The writer reviewed the cutting method of webbing practiced in major countries. Cutting rhythm Bar cutting to Point Cutting) should be chosen to approach as straight as possible, therefore the knot cuttings or the side cuttings should be 1, if possile. According to calculation, an arbitrary solution to a mixed cutting was undertaken, while another cutting method, of calculation 5 and 6, was taken by a prepared table. In no case, it was consequently possible to use an unmixed cutting rhythm. Sometimes, the cutting calculated from approximate value differs from desired result, tut this defference should not be taken too significant in practice.
It is well accepted that rock failure mechanism influence the cutting efficiency and determination of optimum cutting parameters. In this paper, an attempt was made to research the factors that affect the failure mechanism based on discrete element method (DEM). The influences of cutting depth, hydrostatic pressure, cutting velocity, back rake angle and joint set on failure mechanism in rock-cutting are researched by PFC2D. The results show that: the ductile failure occurs at shallow cutting depths, the brittle failure occurs as the depth of cut increases beyond a threshold value. The mean cutting forces have a linear related to the cutting depth if the cutting action is dominated by the ductile mode, however, the mean cutting forces are deviate from the linear relationship while the cutting action is dominated by the brittle mode. The failure mechanism changes from brittle mode with larger chips under atmospheric conditions, to ductile mode with crushed chips under hydrostatic conditions. As the cutting velocity increases, a grow number of micro-cracks are initiated around the cutter and the volume of the chipped fragmentation is decreasing correspondingly. The crack initiates and propagates parallel to the free surface with a smaller rake angle, but with the rake angle increases, the direction of crack initiation and propagation is changed to towards the intact rock. The existence of joint set have significant influence on crack initiation and propagation, it makes the crack prone to propagate along the joint.
During machining of dies and molds with sculptured surfaces. the cutter contact area changes continuously and results in cutting force variation. In order to implement cutting force prediction model into a CAM system, an effective and fast method is necessary. In this paper. a new method is proposed to predict mean cutting force. The cutter contact area in the spherical part of the cutter is obtained using Z-map, and expressed by the grids on the cutter plane orthogonal to the cutter axis. New empirical cutting parameters were defined to describe the cutting force in the spherical part of cutter. Before the mean cutting force calculation, the cutting force density in each grid is calculated and saved to force map on the cutter plane. The mean cutting force in an arbitrary cutter contact area can be easily calculated by summing up the cutting force density of the engaged grid of the force map. The proposed method was verifed through the slotting and slanted surface machining with various inclination angles. It was shown that the mean force can be calculated fast and effectively through the proposed method for any geometry including sculptured surfaces with cusp marks and holes.
In this paper, the cutting force calculation of ball-end mill processing was modeled mathematically. All derivations of cutting forces were directly based on the tangential, radial, and axial cutting force components. In the developed mathematical model of cutting forces, the relationship of average cutting force and the feed per flute was characterized as a linear function. The cutting force coefficient model was formulated by a function of average cutting force and other parameters such as cutter geometry, cutting conditions, and so on. An experimental method was proposed based on the stable milling condition to estimate the cutting force coefficients for ball-end mill. This method could be applied for each pair of tool and workpiece. The developed cutting force model has been successfully verified experimentally with very promising results.
Ultraprecision cutting of steels with geometrically defined single crystal diamond tools is handicapped by excessive tool wear. This paper presents a new approach to suppress the wear of single crystal diamond tool in cutting of steels. In general, it is said that the wear of diamond tool is caused by chemically reactive wear under high temperature and high pressure conditions. In order to suppress such chemical reactions, the time of contact between the diamond tool and the steel work in cutting was controlled by employing the intermittent cutting method such as fly-cutting. Series of intermittent cutting experiments have been carried out to control the tool-work contact time by changing one cycle of cutting length and cutting speed. The experimental results were shown that the tool wear was much dependent on the contact time regardless of the cutting speed, and that the wear was much suppressed by reducing the tool-work contact time. It is expected that the steels can be successfully cut with a single crystal diamond tool by controlling the contact time.
In this study, we designed an vibration cutting tool that can achieve improvements such as low cutting force, interrupted chip evacuation and better surface quality of cutting performance to obtain high-quality surface roughness and improvement of tool wear, which is an issue in the machining of high-hardness mold steel. Among the resonance frequency modes of the vibration cutting tool, the bending mode was used to maximize the driving amplitude of the vibration tool tip, and the resonance frequency was confirmed through the finite element method. After measuring the actual resonant frequency of the designed tool using an optical fiber sensor, the cutting force and machining surface of vibration cutting and conventional cutting were compared and analyzed in the turning process of high hardness mold steel (STAVAX). As a result of the experiment, the cutting force was reduced by about 20 % compared to the conventional cutting process, and the surface roughness was also improved by about 60 %. This study suggested that the tool wear and surface quality of high-hardness steel can be improved through the vibration cutting method in the machining of high hardness mold steel.
High-efficient machining, which means cutting a part in the least amount of time, is the most effective tool to improve productivity. In this study, a new feed optimization method based on the cutting power regulation was proposed to realize the high-efficient machining in turning process. The cutting area was evaluated by using the Boolean intersection operation between the cutting tool and workpiece. And the cutting force and power were predicted from the cutting parameters such as feed, depth of cut, spindle speed, specific cutting force, and so on. Especially, the reliability of the proposed optimization method was validated by comparing the predicted and measured cutting forces. The simulation results showed that the proposed optimization method could effectively enhance the productivity in turning process.
This study aims for determination of cutting work envelope of an articular robot for H-beam cutting. The robot has its own work envelope. The cutting of piece with groove requires the specific position of the torch which contracts the work envelope. This study suggested the new method to determine the cutting work envelope for this case. The method simplified the problem by use of the combination of inverse kinematics and forward kinematics. The method was used for cutting the H-beam with groove. The cutting work envelope was determined easily. The result was verified by 3D simulation system which implements the articular robot with 6 axes and the H-beam in the virtual shop.
The purpose of this paper is to predict the cutting force, utilizing new model of double cutting edge which has normal rake angle and tool inclination angle. Changing side, back rake angle and side cutting edge angle in the new model. Three dimensional cutting force was obtained by the use of .eta. /c=i proposed by Stabler and energy method for three dimen- sional cutting force. Theoretical results has been calculated with development of optimization algorism which can be put into three dimensional theory, using the method of least square with orthogonal cutting data. IT is proved that three dimensional cutting force is to be predicted accurately only if orthogonal cutting force by equalizing theoretical result and experimental result has been calculated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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