CNC freze tezgahında frezeleme esnasında oluşan kesme kuvvetlerinin ve titreşimlerin yüzey pürüzlüğüne etkilerinin incelenmesi

Abstract

ÖZET Anahtar Kelimeler: Yüzey frezeleme, kesme kuvvetleri, titreşim, yüzey pürüzlülüğü Takım tezgahlan metal işleme endüstrisinde en çok kullanılan üretim araçları olarak önemli bir yer tutmaktadır. Takım tezgahlan içerisinde ise frezeleme işlemi en sızla kullanılan talaşlı imalat yöntemlerinin başında yer alır. Bu yöntem, çok eksen kullanımının mevcut olmasıyla basit ve karmaşık yüzeylerin işlenmesinde büyük kolaylık sağlar. Frezeleme işlemi diğer talaşlı imalat yöntemlerine göre belirgin ayrıcalıklar gösterir. Bunun en önemlisi, talaş kaldırma esnasında kesici takımın dönme açısı, kesme derinliği ve ilerleme miktarına göre talaş kesit alanının devamlı değişmesi ve kesici takımın dönme açısına bağlı olarak kesme kuvvetinin Kırklı değerler almasıdır. Freze tezgahında talaş kaldırma süresince meydana gelen ve tezgah yapısına etki eden kesme kuvveti; kesici kenar sayısı, eğim açısı, iş parçası ve kesici takım geometrisi ve aşınma gibi bir çok aktörlere bağlı olarak kesme işlemi boyunca dönme açısma bağlı olarak değişir. Bu da sistemde sürekli titreşimin oluşmasına neden olur. Bu titreşim direkt olarak tezgah parametreleri ve kesme şartlarına bağlıdır. Tezgahın çalışma şartlarına bağlı olarak kesme kuvveti değerlerinde meydana gelen ani değişiklikler, birim zamanda kaldırılan talaş miktarı, simetrik ve asimetrik kesme şartlarına bağlı olarak titreşim genliğinde de değişime sebep olur. Bunun sonucu olarak düşük bir işleme kalitesi elde edilir. Bu bakımdan arzu edilen işleme kalitesi maksimum tezgah kapasitesi kullanılarak elde edilmesi için, optimum kesme şartlarında işleme yapmak ve meydana gelen problemleri önlemek gerekir. Takım tezgahlarında kesme kuvvetlerinin talaş kaldırmayı etkileyen bir çok faktör sebebiyle teorik ve deneysel olarak çalışılması doğru sonuçlar vermektedir. Teoride elde edilen bilgiler deneysel çalışma ile desteklenmelidir. Ölçülen değerlerin tamhğı kullanılan ölçü aletlerinin uygun tasarımına ve ölçme hassasiyetine bağlıdır. Böylece deney sonuçlarına dayak matematiksel modellemelerde doğruluk derecesi artırılmış olacaktır. İş parçasından istenilen kesitlerde talaş kaldırabilecek mukavemette bir takımın tasannu ve takım tahrik sistemi gücünün hesaplanmasında, takıma gelen kesme kuvvetlerinin ölçülmesi gerekir. Kesme verimini artırmak, toplam kaliteyi yükseltmek, makine ölü zamanı ve takımlama maliyetini azaltmak için, kesme durumunun sürekli izlenmesi gerekir. Bu sebeple kesme kuvvetlerinin deneysel olarak ve işlem esnasında ölçülmesi önem kazanmaktadır. Bu çalışmada; optimum kesme şartlarının belirlenebilmesi için birinci bölümde konuya giriş yapıldıktan sonra konuyla ilgili literatür incelenmiştir. İkinci bölümde; yüzey frezeleme işlemi incelenmiştir. Üçüncü bölümde; yüzey pürüzlülüğü, kesme kuvveti ve titreşimin ölçümünde ve analizinde yararlanılan bilgileri içermektedir. Dördüncü bölümde; deneysel çalışmada kullanılan gereçler ve malzemeler hakkında bilgi verilmiştir. Aynı zamanda deneysel çalışmanın nasıl yapıldığı anlatılmıştır. Beşinci bölümde; elde edilen değerler tablolar ve şekiller halinde verilmiştir. Altıncı bölümünde ise; ilerleme miktarı, talaş derinliği, devir sayısı, işlenecek malzemenin cinsi, kesici takımın geometrisi, simetrik veya asimetrik çalışma durumu gibi işleme şartlarının oluşturduğu kesme kuvvetlerinin, kesici takım ve iş parçası arasındaki titreşim gerdiğinin yüzey pürüzlülüğüne etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar irdelenerek uygun kesme şartlan belirtilmiştir. XXU1

INVESTIGATION OF THE EFFECTS CUTTING FORCES AND VIBRATIONS ON SURFACE ROUGHNESS DURING FACE MILLING OPERATION IN CNC MACHINE SUMMARY Keywords: Cutting Force, Vibrations, Surface Roughness, Face Milling Machine tools are the most used production equipment in metal machining industry. Milling operation is the most frequently used chip removal method in machine tool operations. This method makes easier the machining of simple and complex faces because of the availability of multi-axis use. Milling operation exhibits substantial differences with respect to the other chip removal methods. During the chip removal; continuous changing of chip cross-sectional area depending on the rotation angle, cutting depth and feed rate of cutting tool and changes in the cutting forces depending on rotation angle of cutting tool are the most important of these differences. Cutting forces, which occur during chip removal and affects tile stability of milling machine, change continuously during cutting operation depending on several factors such as; number of cutting edges, lead angle, geometry of workpiece and cutting tool and wear which in turn depend on rotation angle cutting tool. As a result of these continuous vibration takes place within the whole system. This vibration is directly related to machine parameters and cutting conditions. Instantaneous changes in the values of cutting forces cause changes in the amplitude of vibration depending on the amount of chip produced and symmetric and asymmetric cutting conditions. Consequently a low surface quality is obtained. In order to have a desired surface quality it is necessary to perform machining in optimum cutting conditions and to prevent any probable problem. Due to the above mentioned factors, the experimental measurement of cutting forces give more reliable results than theorethical calculations. Reliability of the measured values depends on the design and sensitivity of the measurig instrument. Accordingly, the reliability of the experimental results dependt mathematical models will be increased. In this thesis, first chapter is devoted to the related literature survey. In the second chapter cutting force and vibration is expressed mathematically. In the third chapter included are the information used in the analysis and measurement of vibration, cutting force and surface roughness. In the fourth chapter the information about tile xxivtools and materials, which were used in the experiments is given. The experimental results are given in the fifth chapter. The sixth chapter includes the discussions, conclusions and recommendations. In this study, the effects of cutting forces and vibrations, which are formed by the simultaneous actions of feed rate, cutting depht, spindle speed, type of material and symmetric or asymmetric machining, on the surface roughness are investigated and cutting parameters which are suitable for the desired surface roughness determined. The experimental parameters are as follows: 900 and 1120 rpm, 0.5 and 0.8 mm cutting depht, 0.8 and 1.2 mm cutting tool nose radius and 160, 200, 250, 315 mm/min. Feed rate. By employing the above parameters, symmetric and asymmetric ( down and updown) face milling operations were performed and the following suitable cutting conditions obtained: 160 and 200 mm/min. are the optimum symmetric face milling conditions for the CI 040, CI 045, C1050, quenched and tempered and case hardened steels machined under the following parameters: 900 rpm, 0.5 mm cutting depth and 0.8 mm cutting tool nose radius. 160 and 200 mm/min. are the optimum symmetric face milling conditions for the C1040, C1045, C1050, quenched and tempered and case hardened steels machined under the following parameters: 900 rpm, 0.8 mm cutting depth and 0.8 mm cutting tool nose radius. 160, 200, 250 and 315 mm/min. are the optimum symmetric face milling conditions for the C1040, C1045, C1050, quenched and tempered and case hardened steels machined under the following parameters: 900 rpm, 0.5 mm cutting depth and 1.2 mm cutting tool nose radius. 160, 200 and 250 mm/min. are the optimum symmetric face milling conditions for the C1040, C1045, C1050, quenched and tempered and case hardened steels machined under the following parameters: 900 rpm, 0.8 mm cutting depth and 1.2 mm cutting tool nose radius. 160, 200, 250 and 315 mm/min. are the optimum symmetric face milling conditions for the C1040, C1045, C1050, quenched and tempered and case hardened steels machined under the following parameters: 1 120 rpm, 0.5 mm cutting depth and 0.8 mm cutting tool nose radius. 160, 200 and 250 mm/min. are the optimum symmetric face milling conditions for the C1040, C1045, C1050, quenched and tempered and case hardened steels machined under the following parameters: 1120 rpm, 0.8 mm cutting depth and 0.8 mm cutting tool nose radius. 160, 200, 250 and 315 mm/min. are the optimum symmetric face milling conditions for the C1040, C1045, C1050, quenched and tempered and case hardened steels machined under the following parameters: 1120 rpm, 0.5 mm cutting depth and 1.2 mm cutting tool nose radius. xxv160, 200 and 250 mm/min. are the optimum symmetric face milling conditions for the C1040, C1045, C1050, quenched and tempered and case hardened steels machined under the following parameters: 1120 rpm, 0.8 mm cutting depth and 1.2 mm cutting tool nose radius. 160 and 200 mm/min. are the optimum asymmetric down face milling conditions for the C1040, C1045, C1050, quenched and tempered and case hardened steels machined under the following parameters: 900 rpm, 0.5 mm cutting depth and 0.8 mm cutting tool nose radius. 160 and 200 mm/min. are the optimum asymmetric up-down face milling conditions for the C1040, C1045, C1050, quenched and tempered and case hardened steels machined under the following parameters: 900 rpm, 0.5 mm cutting depth and 0.8 mm cutting tool nose radius. xxvi