Due to the development of the CNC machine tool and CAM software, sculptured surface machining can be broadly used in die and mold industries and ball end milling process is often used for the sculptured surface machining. It is found out how feedrate affects the precision of the machining and also tried to study the most suitable feedrate in specific cutting condition. Two eddy current sensors were used far measuring tool deflections of X, Y axis, dynamometer for cutting force and roundness tester for roundness. It was found that the tool deflection is getting better as tool path is going to further from the center of convex surface. The reason is that the cutting force is increased as the tool approaches to the center. Examining the roundness, cutting force and tool deflection characteristics, it was found that the most suitable feedrate is 90mm/min in convex surface and 120mm/min in concave surface.
This paper has two purposes. One is to investigate the effect of the helix angle of endmilling cutter on the cutting haracteristics of inconel 718 in down endmilling. To this end a newly developed cutting force model in down end milling process is presented. Using this cutting force components of 4-tooth endmills with various helix angles have been predicted. Predicted values of cutting force components are well coincide with the measured ones. The other is to compare the down endmilling characteristics of lnconel 718 with those of the up milling previously presented. In up endmilling as the helix angle becomes larger the radial and tangential components of the specific cutting force ($K_1 and K_r$) decrease. While in down milling $K_1 and K_r$ become smaller as the helix angle decrease.
Back rake angle of tool is one of the fundamental effects to the cutting ability. In this paper, for several back rake angle of lathe tool (-5$^{\circ}$ , 0$^{\circ}$ , 5$^{\circ}$ , 10$^{\circ}$ , 15$^{\circ}$ ), we experimentally examine cutting forces via orthogonal cutting. Using measured cutting forces, a formula for specific cutting resistance is derived according to the variation of tool angle. Also, the measured cutting forces are analyzed in both time and frequency domain. Cutting parameters are obtained by measuring the thickness of chip, and the effect of the back rake angle of tool is manifested. This study maintains the predicted cutting model with improved accuracy.
본 연구에서는 퇴적층 암석에서 픽 커터의 절삭성능을 평가하기 위하여 선형절삭시험을 수행하였다. 중국에서 채취된 Linyi사암과 역암을 모사한 콘크리트를 시험체로 사용하였다. 소규모 선형절삭시험장비를 이용하여 다양한 절삭조건하에서 절삭조건에 따른 커터작용력과 비에너지의 변화양상을 평가하였다. 커터작용력은 두 가지 재료 모두에서 압입깊이와 커터간격이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었고 재료의 강도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 반면 최대작용력과 평균작용력의 비율은 재료의 강도에 영향을 받기 보다는 재료의 구성 물질과 절삭특성에 영향을 받는 것으로 판단되었다. 절삭계수는 암석과 픽 커터의 마찰 특성에 영향을 받으나 절삭조건에는 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 따라서 절삭계수와 픽 커터 작용력의 합력방향에 따라 암석의 특성을 고려한 최적의 절삭각도를 선정해야 할 것으로 판단되었다. 한편 절삭조건에 따른 비에너지의 변화양상으로부터 최적 절삭조건을 규명하였다. 두 가지 재료에서 최적 s/p비는 2~4 범위로 도출되었고, 압입깊이가 증가함에 따라 비에너지는 감소하는 경향을 나타내었다. 본 연구의 결과는 픽 커터의 절삭메커니즘 규명을 위한 데이터베이스로 활용될 수 있으며, 픽 커터를 사용한 기계굴착장비의 설계에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
In this study, a procedure for analyzing chip-tool friction and shear processes in 3-D cutting with a single point tool has been established. The edge of a single point tool including circular nose is modified to the equivalent straight edge, then 3-D cutting with a single point tool is reduced to equivalent oblique cutting. Transforming the conventional coordinate systems and using the measured three component of cutting forces, force components on the rake face and the shear plane of the equivalent oblique cutting system can be obtained. And it can be possible to assess the chip-tool friction and shear characteristics in 3-D cutting with a single point tool.
Undercutting using an actuated disc cutter (ADC) involves more complex cutting mechanism than traditional rock cutting does, requiring the application of various new cutting parameters, such as eccentricity, cutter inclination angle, and axis rotational speed. This study presents cutting-edge laboratory-scale testing equipment that allows performing ADC tests. ADC tests were carried out on a concrete block with a specified strength of 20 MPa, using a variety of cutting settings that included penetration depth (p), eccentricity (e), and linear velocity (v). ADC, unlike pick and disc cutting, has a non-linear cutting path with a dynamic cutting direction, requiring the development of a new method for predicting cutting force and specific energy. The influence of cutting parameters to the cutter forces were discussed. The ratio of eccentricity to the penetration depth (e/p) was proposed to evaluate the optimal cutting condition. Specific energy varies with e/p ratio, and exhibits optimum values in particular cases. In general, actuated undercutting may potentially give a more efficient cutting than conventional pick and disc cutting by demonstrating reasonably lower specific energy in a comparable cutting environment.
In the turning process, the feed is usually selected by a machining operator considering workpiece, cutting tool and depth of cut. Even if this selection can avoid power saturation or tool breakage, it is usually conservative compared to the capacity of the machine tools and can reduce the productivity significantly. This paper proposes a selection method of the feed and the reference cutting force based on MRR(material removal rate), maximum spindle power and specific energy. In order to estimate and control cutting force accurately in transient and steady state, this study utilizes a synthesized cutting force estimation method and a Fuzzy controller. The experimental results present that these systems can be useful for the FMS(flexible manufacturing system) and unmanned automation system.
In the turning process, the feed is usually selected by a machining operator considering workpiece, cutting tool and depth of cut. Even if this selection can avoid power saturation or tool breakage, it is usually conservative compared to the capacity of the machine tools and can reduce the productivity significantly. This paper proposes a selection method of the feed and the reference cutting force based on MRR(material removal rate), maximum spindle power and specific energy. In order to estimate and control cutting force accurately in transient and steady state, this study utilizes a synthesized cutting force estimation method and a Fuzzy controller. The experimental results show that these systems can be useful for the unmanned turning process.
In end milling process the undeformed chip thickness and the cutting force components vary periodically with phase change of the tool. In this study, up end milling process is transformed to the equivalent oblique cutting. The varying undeformed chip thickness and the cutting force components in end milling process are replaced with the equivalent average ones. Then it can be possible to analyze the chip-tool friction and shear process in the shear plane of the end milling process by the equivalent oblique cutting system. According to this analysis, when cutting Inconel 718, 61, 64 and 55% of the total energy is consumed in the shear process with the helix angle 30$^{\circ}$, 40$^{\circ}$ and 50$^{\circ}$ respectively, and the balance is consumed in the friction process. With the helix angle of 40$^{\circ}$ the specific cutting energy consumed is smaller than with the helix angle 30$^{\circ}$ and 50$^{\circ}$.
In order to predict vibrations occurred during end-milling processes, the cutting dynamics was modelled by using neural network and combined with structural dynamics by considering dynamic cutting state. Specific cutting force constants of the cutting dynamics model were obtained by averaging cutting forces. Tool diameter, cutting speed, fled, axial and radial depth of cut were considered as machining factors in neural network model of cutting dynamics. Cutting farces by test and by neural network simulation were compared and the vibration displacement during end-milling was simulated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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