talaşlı Đmalat ve takım tezgahı araştırmaları · • kanal açma • optimum lead 0,tilt 10...

Đmalat Araştırma Laboratuarı

Sabancı Universitesi

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Đmalat Araştırma Lab.

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

• DMG 5-axis (18 000 rpm) işleme merkezi

• Mori Seiki NL 1500 torna • Mazak Nexus 501C işleme merkezi• EMCO freze ve torna• Mitutoya CMM• Manual tezgahlar• Prototipleme makinası • Özel takımlar• ….

• Tabla ve döner kuvvet dinamometreleri

• Titreşim ölçüm sistemleri• Yüzey ve boyut ölçümleri• Laser algılayıcılar• CAD/CAM: Catia, UG,

SolidWorks,Delmia • FEA: Ansys, Deform..• ……

Aktiviteler

• Araştırma projeleri • Eğitim ve öğretim• Endüstriyel projeler • Yazılım geliştirme

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

• Yazılım geliştirme• Endüstriyel hizmetler• Parça imalatı• Uygulamalar

Araştırma Alanları

• Kesme süreç modellemesi– Tornalama, frezeleme, broş– 5-eksen frezeleme, HSM– Kuvvet, tork, güç– Yüzey, form

• Titreşimler– Tırlama ve tezgah dinamiği – Titreşimsiz kesme koşulları

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

– Tezgah dinamik modelleme

• Süreç optimizasyonu– Kesme parametreleri (derinlik, hız, ilerleme)– Takım seçimi (kesme açıları, kesici ağız sayısı vb.)– 5-eksen programlama, ilerleme seçimi– CAD/CAM ile birleştirme

• Ölçme yöntemleri– Kesme kuvvetleri– Takım ömrü– Tezgah, takım, parça titreşimleri

Parça Đmalatı

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Süreç Modelleme

Chip - flow angleηc

Tool

Workpiece

FR

Chip

i

Vc

Chip

Workpiece

ToolcV

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

90°

Cutting edge inclination i

FQFPVw

i

Workpiece

FQ

wV

FP

Modelleme Uygulamaları

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Torna

5 Eksen Frezeleme

Eğik Kesme Modeli

Modelleme Çıktılarına Örnek 5-Eksen-Küresel Freze (Ti6Al4V)

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 60 120 180 240 300 360

Cutting Forces [N]Case

Lead

(º)

Tilt

(º)

Feed

(mm/tooth)

Step

over

(mm)

TypeDepth

(mm)

Spindle

speed

(rpm)

1 10 -15

0.1

- Slot 1.5 3000

2 15 15 7Follow.

cut3 1000

3 0 0 - Slot 3 500

1

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

-400

Tool Rotation Angle [degrees]

-400

-200

0

200

400

600

800

0 60 120 180 240 300 360

Tool Rotation Angle [degrees]

Cutting Forces [N]

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

0 60 120 180 240 300 360

Tool Rotation Angle [degrees]

Cutting Forces [N]

3 0 0 - Slot 3 500

2 3

Hata

Yüzey yaratan noktalar

Boyutsal Hataların Modellenmesi

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Hata

x

y

z

5-Eksenli Frezeleme

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

5-Eksen Frezeleme Geometrisi

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Takım-Malzeme Teması

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Takım ucu temasının engellenmesi

5-Eksen Kuvvet Hesabı ve Ölçümü

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

-90 0 90 180 270

Tool rotation angle (deg)

Cutting Forces (N)

Fz

Fy

Fx

-400

-200

0

200

400

600

800

-90 0 90 180 270

Tool rotation angle (deg)

Cutting Forces(N) Fy

Fx

Fz

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

-90 0 90 180 270

Tool rotation angle(deg)

Cutting Forces(N

)

Fy

Fx

Fz

-400

-200

0

200

400

600

800

-90 0 90 180 270

Tool rotation angle(deg)

Cutting Forces(N

)

Fx

Fy

Fz

Malzeme: Ti6Al4V

Kesme Koşullarının Seçilmesi

• Kaba Đşleme• Kanal açma• Optimum lead 0,tilt 10 deg

Cutting depth (mm) 5Step over(mm) Slotting

Spindle speed(rpm) 1000

Feed (mm/tooth) 0.05

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Point(lead, tilt)

degSimulated maximum Fxy(N)

Measured maximum Fxy(N)

1 0,10 692 653

2 0,50 821 786

3 30,-50 1190 1110

Feed (mm/tooth) 0.05

Đnce Đşlemede Parametre Seçimi

Yüzey normali yönündeki takım esnemesine göre seçim yapılır

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Tırlama Titreşimleri

•Süreç ve tezgahın dinamik etkileşimi

•Kesme kararsızlığı

•Kötü yüzey

Tırlama

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

YüzeyDinamik kesme

•Tezgah ve takıma zarar

• Düşük verim ve kalite

Kararlı

Dalgalanmanın yaratılması

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Titreşimler nedeniyle talaş kalınlığı dalgalanıyor

Dinamik Talaş Kalınlığı

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Frezelemede Tırlama

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

KARARLILIK DĐYAGRAMLARI

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Değişken Aralıklı Freze Takımı

Optimal ∆P=2o

Pitch=55,57,59,61,63,65PP ∆+0

PP 20 ∆+

PP 3∆+

0P

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0 300 600 900 1200

Frequency (Hz)

Sound Intensity (V))

420 Hz300 rpm

PP 30 ∆+

Dinamik Ölçümler

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Tezgah Dinamiği Modellenmesi

•Dinamik modelleme•Đş mili-takım tutucu-takım modeli•Deney yapmadan•Optimizasyon

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Kararlılık Diyagramı

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

axial depth of cut (m

m)

Tırlama varTırlama yok

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

13000

14000

Spindle Speed (rpm)

axial depth of cut (m

m)

Optimal Takım Uzunluğu

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8axial depth of cut (m

m) 60 mm

70 mm

80 mm

70 mm-stable

70 mm-chatter

80 mm-stable

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

0.0

0.2

0.4

0.6

9000

10000

11000

12000

13000

14000

15000

16000

17000

18000

Spindle Speed (rpm)

axial depth of cut (m

m)

80 mm-chatter

60 mm-stable

60 mm-chatter

Takım Tutucu Seçimi

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

5-Eksen Frezelemede Tırlama

• Eğilme ve yatma açılarının etkisi

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Kesme yönündeki dinamik Makine koordinatlarında

Unstable

Stable

Eksen Açılarının Tırlamaya Etkisi

4

6

8

10

Absolute stable depth

(mm)

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

0

2

0 10 20 30tilt(deg)

Absolute stable depth

lead 0 lead 15 lead 30

DMU50Evo

Sound FRF

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

Amplitude

wt

wt/2 3wt/2

wt:tooth frequency

spindle frequency

spindle

Deneysel Doğrulama

•Lead 0 deg, tilt 0 deg, slotting, 12 mm ball-end mill, 2 teeth

•Feed (mm/tooth) 0.05

•wnx= wny= 2980Hz

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

0 1000 2000 3000 4000 5000

Frequency(Hz)

Sound FRF

00.050.10.15

0 1000 2000 3000 4000 5000

Frequency(Hz)

Amplitude wt:tooth

frequency

wc : chatter frequency

Takım Yolu-Model Entegrasyonu

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

CL dosyasından kesme koşullarının çıkartılması

Bütün Sürecin Simülasyonu

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Kesme Koşullarının CL Dosyasından Çıkartılması

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Süreç Đyileştirilmesi

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

-G94 ve G93!-Sabit kuvvet -Değişken ilerleme

Modelin ProgramlanmasıPointMill Yazılımı

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

PointMill Yazılımı

Modüller

• Kuvvet simülüsyonu– 2½, 3 ve 5 eksen

• Optimum Lead ve Tilt Açıları

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

• Optimum Lead ve Tilt Açıları

• Süreç simülasyonu– 2½, 3 ve 5 eksen

– Tırlama simülasyonu

– 2½, 3 ve 5 eksen

Modül Seçimi

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Kuvvet SimülasyonuSüreç Parametreleri Giriş Formu

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Kuvvet Simülasyonu Sonuçlar

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Süreç Simülasyonu

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Tırlama Simülasyonu

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Süreç Đyileştirme• Parametre Seçimi

– Süreç kararlılığı

– Takım üzerindeki gerilmeler (kaba op.)

– Takım esnemeleri (ince op.)

• Đlerleme Modifikasyonu

Orijinal CL Dosyası

Talaşlı Đmalat ve Takım Tezgahı Araştırmaları

Kesme Kuvvetleri Değiştirilen Đlerleme Değiştirilen CL Dosyası