한국광학회 1990년도 제5회 파동 및 레이저 학술발표회 5th Conference on Waves and lasers 논문집 - 한국광학회
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pp.37-41
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1990
The quality of cutting surface such as surface roughness, heat affected zone, serf width can be improved by controlling the parameters of cuting process. These parameters includes cutting velocity, laser beam power, material depth and assistant gas. Thermodynamic analysis and systematical experiments are attempted to pedict and determine the optimal cutting condition. There exists the optimal cutting condition to ensure high quality surface. Under this operation, the minimum surface roughness of the mild steel, the stainless steel and the titanium becomes 3.8${\mu}{\textrm}{m}$ 13${\mu}{\textrm}{m}$ and 10${\mu}{\textrm}{m}$ respectively.
A new cutting parameter is defined in the spherical part of ball end-mill cutter. A series of slot cutting experiments were carried out to obtain the cutting parameter. The cutter contact area is expressed as the grid posiotion in the cutting plane using Z map. The cutting forces in each grid are calculated and saved as force map, prior to the average cutting forces calculation. The cutting force, in the arbitrary cutting area, can be easily calculated by summing up the cutting forces of the engaged grid in the force map. This model was verified in the inclined surface cutting by cutting test of a cylindrical part.
Recently, environmental conscious machining becomes one of the most important technology in modern manufacturing industry. Especially in metal cutting, cutting fluid often results in many environmental problems. Many technologies have been developed to reduce the problems of the cutting fluid. But most of the technologies need another devices which sometimes require large space and also are very expensive, such as cooling system. In this paper, air compressor is only used to replace the functions of cutting fluid as semi-dry cutting. Cutting forces, cutting moments, and tool wear were measured to obtain cutting characteristics, and were compared with those of dry cutting and non-dry cutting. In the results of the experiments, semi-dry cutting was found to show better cutting performances than dry cutting and non-dry cutting.
In this study, the effect of tool rake angles and the change of cutting conditions on specific cutting pressure in face milling is investigated. The cutting force in face milling is predicted from the double cutting edge model in 3-dimensional cutting. Conventional specific cutting pressure model is modified by considering the variation of tool rake angles. Effectiveness of the modified cutting force model is verified by the experiments using special face milling cutters with different cutter pockets and various rake angles. From the comparison of the pressented model and the specific cutting pressure, it is shown that the axial force can be predicted by the tangential and redial forces without the knowledge of friction angle and shear angle. Also, the relation between specific cutting pressure and cutting cindition including feedrate, cutting velocity and depth of cut is studied.
STD11 is one of difficult-to-cut materials and its cutting characteristic data is not built enough. A bad cutting condition of it leads to low productivity of die and mould, so it is necessary to evaluate the machining characteristics of STD11. In this paper, the relations of the geometry of ball-end mill and mechanics of machining with it are studied. The helix angle of ball-end mill varies according to a location of elemental cutting edge in the cutting process are difficult to calculate accurately. To calculate instantaneous cutting forces, it is supposed that the tangential, radial and axial cutting force coefficients are functions of elemental cutting edge location. Elemental cutting forces in the x,y and z direction are calculated by coordinate transformation. The total cutting forces are calculated by integrating the elemental cutting forces of engaged cutting edge elements. This model is verified by slot and side cutting experiments of STD11 workpiece which was heat-treated to HRC45.
End-milling is intermittent cutting process performed by a tool with a number of teeth. Its cutting forces are commonly measured by the tool dynamometer which has rectangular coordinates. In this case, the pattern of cutting forces is different according to cutting conditions. At a certain cutting condition, the sign of cutting force changes from positive to negative during a revolution of one tooth. The change of force direction excites a cutting tool and severe vibration arises when radial depth of cut increases. In this study, cutting experiments and simulations were carried out in order to explain the cause of the change of the cutting force direction. In addition, the effect of the cutting force change was discussed in terms of chatter vibration in end milling.
Energy consumption reduction has become an important key word in manufacturing that can be achieved through the efficient and optimal use of raw materials and natural resources, and minimization of the harmful effects on nature or human society. The successful implementation of this concept can only be possible by considering a product's entire life cycle and even its disposal from the early design stage. To accomplish this idea with milling, minimum quantity lubrication (MQL) strategies and cutting conditions are analyzed through process modeling and experiments. In this study, a model to predict the cutting energy in the milling process is used to find the cutting conditions, which minimize the cutting energy through a Kriging meta-modeling process. The MQL scheme is developed first to reduce the amount of cutting oil and costs used in the cutting process, which is then employed for the entire modeling and experiments.
The cutting tests of high tensile steel plate(AH36) were carried out using CNC plasma arc cutting machine. Both top and bottom width of kerf and the surface roughness(Ra, Rmax) of cut surface are measured under various cutting conditions such as cutting speed, steel plate thickness, etc. In the CNC plasma arc cutting, the surface roughness decreases as cutting speed increases. The hardness is high up to 4mm depth from the cutting surface. In the cutting speed 1300~2100mm/min, the ratio of proper kerf width(Wt/Wb) is around 2.6. Through the series the series of experiments, the satisfactory cutting conditions of high tensile steel plate were found.
There have been numerous studies on end milling processes. However, these have been restricted to the application of tools for special cutting purposes. A side milling cutter can handle long, deep, and open slots in a more efficient manner, and it provides the best stability and productivity for this type of milling. In this paper, a method to predict the cutting forces in side milling is described, and simulated cutting forces are compared with those obtained by cutting experiments. In particular, the side milling process easily generates relative motion between the tools and the workpiece because it produces intermittent cutting forces that cause vibrations over a wide frequency range. Therefore, the application of a dynamic cutting model instead of a static cutting model is appropriate to forecast the cutting forces more accurately.
In this work a dynamic cutting force model in ball end milling of inclined surface is introduced. To represent the complex cutting geometry in ball end milling of inclined surface, workpiece is modeled with Z-map method and cutting edges are divided into finite cutting edge elements. As tool rotates and vibrates, a finite cutting edge element makes two triangular sub-patches. Using the number of nodes in workpiece which are in the interior of sub-patches, instant average uncut chip thickness is derived. Instant dynamic cutting forces are computed with the chip thickness and cutting coefficients. The deformation of cutting tool induced by cutting farces is also computed. With iterative computation of these procedures, a dynamic cutting force model is generated. The model is verified with several experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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