DOĞRUSAL HAREKETLE TALAŞ KALDIRMADA İLERLEME
DEĞERİNİN KESME KUVVETLERİNE ETKİSİ
ÖZET
Bu çalışmada, doğrusal hareketle talaş kaldırmada verilen ilerleme değerlerine bağlı olarak kesme kuvvetlerindeki değişim incelenmiş ve bu amaçla özellikleri bilinen St 44 çelik malzeme üzerinde çeşitli kesme deneyleri yapılmıştır. Deneylerde kesme kuvvetinin ölçülmesi için kiriş tipi yük hücreleri kullanılarak oluşturulmuş deney düzeneği kullanılmış ve elde edilen veriler bilgisayar yardımıyla yorumlanmıştır. Kesme kuvvetinin deneysel olarak ölçülmesinde, kesici takıma uygun bir konumda yerleştirilen yük hücreleri ile kesme kuvveti tarafından kesici takımda oluşturulan yer değiştirmenin tespit edilmesi amaçlanmıştır. Talaş derinliği ile kesme hızı aynı ilerleme değerleri farklı deneyler 4 ayn grupta toplanarak 16 deney gerçekleştirilmiştir. Her grupta talaş derinliği ve kesme hızı sabit tutulup ilerleme değeri değişken kabul edilerek, ilerlemenin kesme kuvvetleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Deney sonuçlarından, her bir grup içerisindeki ilerleme değerindeki değişime bağlı olarak kesme kuvvetlerinin de değiştiği gözlenmiştir.
Anahtar Kelimeler : İlerleme, Kesme kuvvetleri, Dinamometre, Yük hücresi, Vargelleme
THE EFFECT OF FEED RATE ON THE CUTTING FORCES
EV THE MACHINEVG WITH LINEAR MOTION
ABSTRACT
In this study, the effect of feed rate on the cutting force has been investigated in the machining with linear motion. For this aim, several cutting tests were performed on the St 44 steel material by using various cutting parameters. A test arrangement has been designed and constructed to measurement of cutting forces. The beam type load cells were used in this setup and Ali data obtained from this setup were analyzed by computer. In the measurement of cutting forces experimentally it was aimed to determine the deflection of the cutting tool due to cutting force by means of load cells located suitable position on the cutting tool. 16 different tests were carried out in the 4 groups. in the each group, the cutting depth and cutting velocity were constant and feed rate was variable. Test results show that the cutting forces have been changed according to the variation of feed rate.
Keywords: Feed rate, Cutting forces, Dynamometer, Load cell, Shaping
1. GİRİŞ
Kesme kuvvetlerinin büyüklüğü kadar yönü ve doğrultusu da optimum tasarım için gerekli olan faktörlerden bir tanesidir. Kesme kuvvetlerini tespit etmek için mühendislik hesaplamalanyla elde edilen değerlerin, etkisi tespit edilemeyen bazı faktörler ve çok yönlü gerilmeler sebebiyle, ölçülen değerler ile uyuşmadığı görülmüştür. Aynı zamanda teknolojideki hızlı gelişmelere, teorik çalışmalardan ziyade deneysel çalışmaların katkısının daha fazla olduğu da bilinmektedir. Bu sebepten dolayı kesme kuvvetlerinin deneysel olarak ölçülmesi kaçınılmaz olmuştur. Literatürde, talaşlı imalatta kesme kuvvetlerinin ölçülmesi ile ilgili yapılmış pek çok çalışma mevcuttur.
Zhou ve arkadaşları, deneylerinde kesme kuvveti sinyallerini, takım tutucuya yapıştırılan gerilimi , ölçer (strain-gage) ile ölçmüş ve kesme kenarı üzerinde 2-boyutlu gerilme analizi yaparak bunun 3-boyutlu gerilme hesaplanmasında kullanılabileceğini göstermişlerdir [1], Kim ve Kim, bir CNC freze tezgahında x, y ve z eksenlerindeki kesme kuvvetlerini, alternatif akımlı ilerleme servo motorları tarafından çekilen akımların kullanılmasıyla, dolaylı olarak ölçmüşler, dolaylı ölçülen kesme kuvveti sinyallerinin adaptif kontrol biriminde kesme kuvveti düzeltimi amacıyla kullanılabileceğini göstermişlerdir [2]. Santochi ve arkadaşlan, tornalama operasyonlanndaki kuvvetlerin ölçülmesinde gerinim ölçer özellikli kesici takımların kullanıldığı yeni bir görüşü tanıtmışlardır. Takım sapı içerisine sensör yerleştirerek, kullanımı ve kurulumu kolay olan ve radyo-telsiz dalgalan aracılığıyla verilerin CNC'ye aktarıldığı yeni bir sistemi incelemişlerdir [3]. Strafford ve Audy, tek noktadan kesme işlemi yapılan tornalama işlemlerinde oluşan kesme kuvveti bileşenlerine ait bağıntılan ve ı bunların farklı karbon bileşimlerinden oluşan çeliklerin mikro yapıları üzerinde değişen genliklerini t incelemişlerdir [4]. Feldmann ve arkadaşlan, tornalama işlemlerinde kullanılan döner takım V klemensleri içerisine entegre edilen sensör ve sinyal işleme sistemi sayesinde daha yüksek kalitede sinyal elde ederek takım kınlması ya da takım aşınma değerlerini incelemiş, sensör sistemi sinyallerinin değerlendirilmesinde neuronal ağlar kullanmışlardır. [5].
Talaşlı imalatla, özellikle de frezeleme ile büyük benzerlikleri olan bir başka çalışmayı da Büyüksağiş gerçekleştirmiştir. Çalışmada, dairesel testereli blok kesme makinalannda mermerlerin kesilebilirlik analizleri yapılmıştır. Mermerlerin kesilebilirlik deneyleri yapılırken, bir mermer kesme makinası (çalışma mantığı olarak freze tezgahı ile büyük benzerlikleri vardır) üzerindeki, mermerlerin bağlandığı tabla altına 3 adet kiriş tipi yük hücreleri yerleştirilerek yatay, düşey ve eksenel yönlerdeki , kesme kuvvetlerinin aynı anda ölçümü gerçekleştirilmiştir. Kurulan deney düzeneğinde, kesme işlemi f sırasında yük hücrelerinin algıladığı analog sinyalleri transmiter ile güçlendirmiş ve dijital bir I/O kartı V vasıtasıyla bilgisayar ortamına alınarak çeşitli kesilebilirlik deneyleri yapılmıştır [6].
Sayısı daha da çoğaltılabilecek bu çalışmalarla, farklı metotlar kullanılarak kesme kuvvetlerinin ölçülmesi amaçlanmıştır. Yapılan bu çalışmalar çoğunlukla tornalama ve frezeleme işlemlerinde oluşan kesme kuvvetlerini ölçmeyi içermekle beraber [7-20], bu çalışmada incelenen vargel tezgahındaki doğrusal talaş kaldırmada oluşan kesme kuvvetlerinin ölçmesini içeren bir çalışmaya rastlanılmamıştır. Malzemelerin mikro yapılarının işlenebilirlik ve kesme kuvvetleri üzerindeki etkisini inceleyen çalışmaların sayısı da oldukça sınırlıdır. Özelikle haddeleme işleminin malzemelerin tane yapısının haddeleme yönünde uzamasına ve dolayısıyla malzemenin farklı yönlerde mekanik ve fiziksel özelliklerinin değişmesine sebep olduğu bilinmektedir [21]. Bu durum, malzemede anizotropi olarak isimlendirilir. Kesme kuvvetlerinin malzemenin mekanik özelliklerinden etkilendiği dikkate alınırsa, iş parçasının haddeleme yönüne göre farklı konumlarda bağlanmasıyla, farklı kesme kuvvetlerine ihtiyaç duyulacağı açıktır. Bu nedenle teorik hesaplamalarla bulunan kesme kuvveti değerleri ile deneysel sonuçların karşılaştınlması ile haddeleme yönünün işlenebilirlik üzerindeki etkisinin incelenmesinde bir adım atılması hedeflenmiştir. Bu çalışmada; doğrusal hareketle talaş kaldıran takım tezgahlarından vargel tezgahında, işleme sırasında oluşan; asıl kesme kuvveti (Fc) ve ilerleme kuvveti (F,)'yı ölçmek üzere tasarlanmış ve imal edilmiş bir kuvvet ölçme sistemi kullanılarak [22], doğrusal hareketle talaş kaldırmada ilerleme değerinin kesme kuvvetleri üzerindeki etkisi araştınlmıştır.
2. Doğrusal Hareketle Talaş Kaldırma Esası
2.1. İlerleme Hareketi
Doğrusal hareketle talaş kaldırmada ilerleme hareketi; talaş kaldırma sırasındaki her bir kurs için, kesici takımın doğrusal hattına doğru , yeni bir talaş kaldırma operasyonunun başlayabilmesi amacıyla iş parçasının belirli bir miktar hareket etmesidir. Vargel tezgahındaki talaş kaldırma olayında; kesici takımın ileri-geri doğrusal hareketiyle elde edilen kesme hareketi (v), tezgah tablasına mengene aracılığıyla tespitlenen iş parçasının kesici hareketine dik olarak gerçekleştirdiği ilerleme hareketi (u) ve kesici takımın aşağı-yukan hareketiyle talaş derinliğinin ayarlandığı talaş derinliği hareketi (ua) Şekil 1 'de görülmektedir. Talaş kaldırma işlemi, kesici takımın ileri-geri doğrusal hareketiyle olmakla beraber, bir sonraki kesme işlemi (paso) için iş parçasının (f) ilerleme miktarı kadar hareket ettirilmesiyle kesme sürekliliği sağlanır.
2.2. Talaş Kesiti
Doğrusal talaş kaldırmadaki talaş kesiti de (Şekil 2), tornalamada olduğu gibi; talaş derinliği (a), ilerleme (f), talaş genişliği (b) ve talaş kalınlığına (h) bağlı olarak değişmektedir.