Takım ömrü süresince kesici takım davranışlarının incelenmesi ve kırılma anının önceden tahmini için bir erken uyarı modelinin geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada talaşlı imalatta kesici takım durumunu izleme ve kırılma anını tahmin edebilmek için bir model geliştirilmiştir. Takım ömrü süresince kesici takım davranışları dört grupta incelenmiştir. Bunlardan birincisi Taylor takım ömrü denklemine ait katsayı ve üs değerlerinin belirlenmesidir. Bu yöntem ile takım ömrü için en uygun kesme parametreleri belirlenebilmektedir. İncelenen konulardan İkincisi, kesme kuvvetleri ile takım aşınması arasındaki ilişkilerin deneysel olarak incelenmesidir. Talaş kaldırma işlemlerinde yüzey pürüzlülüğü önemli parametrelerden biridir. Bu nedenle kesme parametrelerindeki değişkenliklerin yüzey kalitesine etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Hazırlanan yazılım ve kurulan deney düzeneği ile takım ömrü süresince farklı kesme parametrelerinde kesme kuvvetleri, takım aşınması ve yüzey pürüzlülüğündeki değişimleri grafik olarak izlemek mümkün olmaktadır. Geliştirilen model ve yazılım farklı malzeme ve kesici takımlar için değişik kesme parametrelerinde deneysel olarak test edilmiştir. Kesme kuvvetlerinin ölçülmesi ile takım durumuna ilişkin bilgiler edinilmekte ayrıca takım aşınması İncelenmektedir. Deneylerde iş parçası malzemesi olarak takım çeliği ve imalat çeliği, kesici takım malzemesi olarak ise yüksek hız çeliği (HSS), tungsten karbür (WC), TiC+AI2O3+TiN, TiC+TiCN+TiN ve TiAlN kullanılmıştır. Talaş kaldırma işlemlerinde kesici takımların kırılma anını, önceden belirlemek mümkün olmaktadır. Kırılma öncesi erken uyarı için kesme kuvvetleri ve serbest yüzey aşınmasındaki artış değerleri kullanılmıştır. Erken uyarı sisteminin, kesme kuvvetlerindeki artış oranı ve aşınma miktarına göre, takım kırılmadan ne kadar süre önce aktif duruma geçeceği talaş kaldırma işleminin durumuna göre belirlenebilmektedir. Talaş kaldırma işlemlerinde takım durumunu izleyebilen bir sistemin endüstride kullanılabilir duruma getirilmesi; üretim maliyeti, ürün kalitesi, ürün miktarı, tezgah kararlılığı, takım seçimi, kesme parametrelerinin analizi konularına önemli katkılar sağlayacaktır.

The purpose of this research is to develop a tool condition monitoring and a real- time tool breakage detection system to be used in cutting processes. Tool behaviour was studied in four sections. Firstly an optimum experimental design to determine the coefficients of the extended Taylor’s Equation in machining is proposed. This technique allows the best set of machining parameters to be determined in order to estimate the coefficients of Taylor’s equation. Secondly the relationship betvveen cutting forces and tool wear rate has been investigated experimentally. The surface roughness has been identified as one of the most undesirable characteristic of the machining operations. Experiments were carried out to study how the surface roughness is affected from these cutting parameters in turning. The developed softvvare enables to determine the changes on the cutting forces and the tool wear and the surface roughness on the conditions of during the tool life. These changes were represented graphically. The performance of the system has been tested experimentally for certain machining conditions for a particular vvorkpiece and cutting tool material combination. The display allovvs the user to check the validity of the cutting force measurements and also gives a visual feed back on the current status of wear. HSS, WC, TiC+TıCN+TiN and TiC+AI2O3+TiN and TiAlN coated Carbide tools were used in the experiments as tool material. The tool breakage based on the characteristic variation of the cutting force and tool wear. The change of cutting force and tool wear can itself be a good indicator to detect the tool breakage. The tool breakage features were extracted from the decomposed signals. The predicting values are decided for the cutting conditions. The experimental results shovved that the system was succesful in predicting wear components and the tool breakage. Either an alarm is sent to the operatör or tool is changed automatically when the cutting tool edge is broken or the wear reaches a threshold limit. When the tool breakage and condition monitoring systems can used be effectively in the ındustriy, İt reduces the cost of production, increases qualıty and quantity of the production, stabılıty of machine tool and helps to analyse the cutting conditions.