مطالعه اثر انحناهای سطح تندیس‌وار بر نیروهای فرزکاری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف

2 استاد دانشگاه صنعنی شریف

چکیده

در فرآیند فرزکاری قطعات با سطوح تندیس‌وار، انحناهای سطح به‌عنوان یکی از بارزترین ویژگی‌های هندسی آن می‌تواند بر نیروهای فرزکاری و در نتیجه بر دقت ابعادی قطعه نهایی تأثیرگذار باشد. در این مقاله با ارائه مدلی تحلیلی برای استخراج ناحیه درگیری ابزار فرز انگشتی سرکروی و سطح تندیس‌وار، به‌گونه‌ای که فرم صریح انحناهای سطح را در بر داشته باشد، به مطالعه اثر انحناها بر نیروهای فرزکاری پرداخته می‌شود. به این منظور، ابتدا نیروهای فرزکاری با استفاده از مدل مکانیستیک و با به‌کارگیری روش تبدیل از حالت متعامد به مایل برای محاسبه ضرایب برشی مدل‌سازی می‌شوند. سپس، با مقایسه نتایج حاصل از مدل با نتایج موجود در مراجع معتبر به صحه‌گذاری آن پرداخته می‌شود. در ادامه با انجام مطالعات پارامتریک، اثر انحناهای سطح و عمق درگیری بر نیروهای فرزکاری بررسی می‌شود. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که در عمق درگیری ثابت، انحناهای سطح در نواحی مقعر بیشترین تأثیر، در نواحی زینی‌شکل حالت میانی و در نواحی محدب کمترین تأثیر را بر نیروها دارند. همچنین، در مقادیر مشخص از انحناهای سطح، اثر انحناها بر نیروهای فرزکاری با کاهش عمق درگیری افزایش می‌یابد. به‌عبارت دیگر، با کاهش عمق درگیری، صرف‌نظرکردن از انحناهای سطح خطای نسبی بزرگتری را در نتایج وارد می‌کند. همچنین، نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهند که انحنای سطح در صفحه عمود بر مسیر حرکت ابزار اثر بزرگتری بر نیروهای فرزکاری نسبت به انحنای سطح در امتداد مسیر دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of sculptured surface curvatures on milling forces

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ghorbani 1
  • Mohammad Reza Movahhedy 2
1 Ph.D. Candidate, Department of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology
2 Full Professor, Department of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology
چکیده [English]

In the milling of sculptured surfaces, cutting forces and the final part accuracy can be affected by surfaces curvatures. In this paper, an analytical formulation containing the explicit form of the principal curvatures of the surface is developed for extracting the engagement boundaries between a ball-end mill and a sculptured surface, and the effect of surface curvatures on the milling forces is investigated. To this end, first, a mechanistic cutting force model is presented for calculating the milling forces acting on a ball-end tool. Orthogonal to oblique cutting technique is used to calculate the cutting force coefficients, and the model is verified by comparing the predicted milling forces with the existing ones in the literature. Then, parametric studies are performed to investigate the effects of cutting depth and surface curvatures on the milling forces. The results show that at a constant cutting depth, the milling forces are more influenced by the surface curvatures at the concave and saddle regions of the surface in comparison with the convex regions. Furthermore, for constant values of curvatures, the effect of surface curvatures on the milling forces increases as the cutting depth decreases. In other words, as the cutting depth decreases, neglecting the effect of surface curvatures results in more relative error in the calculated milling forces. Furthermore, the obtained results show that the surface curvature perpendicular to the feed direction has more influence on the milling forces than the curvature in the feed direction.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sculptured Surface
  • Ball-end Mill
  • Surface Curvatures
  • Milling