As small size and complex metal machining components demand increases, cutting processes in microscale become necessary. Ball-end milling is a commonly used finishing process, which nowadays can be applied in the microscale size. Surface quality and dimensional accuracy are two basic parameters that affect small size components in their assembly and functionality. Thus, good quality can be achieved by optimizing the cutting conditions of the procedure. This study presents a 3D simulation model of ball-end milling in microscale developed in a commercial CAD software and its optical and computing results. These carried out results are resumed to surface topomorphy, surface roughness, chip geometry and cutting forces calculations that arising during the cutting process. A great number of simulations were performed in a milling machine centre, applying the discretized kinematics of the procedure and the final results were compared with measurements of Al7075-T651 experiments.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2003.04a
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pp.272-277
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2003
In order to predict vibration during end-milling process, the cutting dynamics was modelled by using neural network and combined with structural dynamics by considering dynamic cutting states. Specific cutting constants of the cutting dynamics model were obtained by averaging cutting forces and tool diameter, cutting speed, feed, axial depth radial depth were considered as machining factors. Cutting farces by test and by neural network simulation were compared and the vibration during end-milling was simulated.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.9
no.6
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pp.118-126
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2000
In this study, geometrical similarity conditions for drills of various diameters are discussed. The effect of geometrical similarity on the chip shape and forces of different sized conventional drills has been experimentally confirmed. Drilling tests are carried out for SM45C by using the conventional HSS drills. The torque and thrust forces are measured and compared with those chip forms. Chip shape in drilling are affected by three factors being flow angle, side and up curl of the chip. It is found that the feedrate and drill diameter are more affected than cutting speed on the chip form and cutting forces. The similarity conditions gives easily to estimate the chip shape, the thrust and the torque for drills of different diameters.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.1
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pp.33-40
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2010
In this research, the effects for surface Improvement of plasma ion implanted carbide endmill tools were observed by measuring cutting forces and tools wear affecting surface roughness in high speed cutting. From the 2nd ion mass analysis, the oxidation layer was found to be built up by sputtering. The residual gas contamination of oxygen was found to be contained impurities in nitrogen gas. The plasma implanted ion was found to be spreaded, especially the nitrogen was implanted up to 150nm depth as impressed voltage and ion implanting time. It is analyzed as bring surface improvement by spreading deeply forming oxidation on surface. The factors in Analysis of Variance(ANOVA) about mutuality cause reference of cutting force. The cutting force Fx is affected by the interaction of spindle rpm and federate, the cutting force Fy is influenced by spindle rpm and time injected ion, and cutting force Fz is affected by the interaction of impressed voltage and feedrate. Also, it was found that the cutting forces of implanted tools become lower and the surface roughness is improved by the effect of nitrogen according to the implantation.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.15
no.4
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pp.101-108
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2016
Endmill fillet cutting at the corner was conducted with the online measurement of cutting forces and tool deflection by a tool dynamometer and an eddy current sensor system. The profile of the machined surface was also compared with the CAD profile with a Coordinate Measuring Machine (CMM) and CALYPSO software. It was found that the end mill cutter with four blades has a better surface profile than that with two blades, and the cutting forces and tool deformation were increased as the cutting speed was increased. When the tool located at the degree $45^{\circ}$ corner was found to conduct the maximum cutting force than started to the point of the workpiece. As it was compared with the CMM and ANOVA analysis result in the case that the cutting force and tool deformation was the maximum, it was found that the result was affected by the spindle speed and the number of blades.
Ha, Seok-Jae;Park, Jeong-Yeon;Kim, Gun-Hee;Yoon, Gil-Sang
Design & Manufacturing
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v.13
no.1
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pp.5-12
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2019
In this paper, we studied the micro tool deflection, micro cutting with low temperature, and deformation of micro ribs caused by cutting forces. First, we performed an integrated machining error compensation method based on captured images of tool deflection shapes in micro cutting process. In micro cutting process, micro tool deflection generates very serious problems in contrast to macro tool deflection. To get the real images of micro tool deflection, it is possible to estimate tool deflection in cutting conditions modeled and to compensate for machining errors using an iterative algorithm correcting tool path. Second, in macro cutting fields, the cryogenic cutting process has been applied to cut the refractory metal but, the serious problem may be generated in micro cutting fields by the cryogenic environment. However, if the proper low temperature is applied to micro cutting area, the cooling effect of cutting heat is expected. Such effect can make the reduction of tool wear and burr formation. For verifying this passibility, the micro cutting experiment at low temperature was performed and SEM images were analyzed. Third, the micro pattern was deformed by the cutting forces and the shape error occurred in the sidewall multi-step cutting process were minimized. As the results, the relationship between the cutting conditions and the deformation of micro-structure during micro cutting process was investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.3
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pp.433-442
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1989
Owing to the development of CNC machine tools and automatic programing software, the milling process with ball-end mill has become the most widely used process where three-dimensional precision machining is important. In this study, the ball-end milling process has been analyzed and a cutting force model has been developed to predict the cutting force acting on the ball-end mill on given machining conditions. The development of the model is based on the analysis of geometry of a ball-end mill an the oblique cutting process. The cutting edges of ball-end mills are considered as a series of infinitesimal elements and the geometry of the cutting edge element each cutting edge element is straight. The oblique cutting process in the small cutting edge element has been analyzed as orthogonal cutting process in the plane containing the cutting velocity vector and chip-flow vector. Hence, with the orthogonal cutting data obtained from orthogonal turning test, the cutting forces can be predicted through the model. The predicted cutting forces has shown a fairly good agreement with the test results in various plane cutting conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.8
s.179
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pp.2123-2130
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2000
Radial immersion ratio is an important factor to determine the threshold in face milling and should be estimated in process for automatic force regulation. In this paper, presented is a method of on-line estimation of the radial immersion ratio using cutting force. When a tooth finishes sweeping, sudden drop of cutting forces occurs. This force drop is equal to the cutting force that acts on a single tooth at the swept angle of cut and can be obtained from cutting force signal in feed and cross-feed direction. The ratio of cutting forces in feed and cross-feed directions acting on the single tooth at the swept angle of cut is a function of the swept angle of cut and the ratio of radial to tangential cutting force. In the research, it is found that the ratio of radial to tangential cutting force is not affected by cutting conditions and axial rake angle. Therefore, the ratio of radial to tangential cutting force determined by just one preliminary experiment can be used regardless of the cutting conditions. Using the measured cutting force and predetermined ratio, the radial immersion ratio is estimated. Various experiments show that the radial immersion ratio and instantaneous ratio of the radial to tangential direction cutting force can be estimated very well by the proposed method.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.11
no.2
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pp.17-23
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2002
A cylindrical capacitance-type spindle displacement sensor was developed and its effectiveness as a system to monitor cutting forces during hard turning was tested in this research. The sensor was installed between the face of spindle cover and the chucking element and measured pure radial motion of the spindle under the condition with presence of roundness error at measured surface. To prove the effectiveness of the developed system hard aiming tests using ceramic inserts and tool steel as workpiece were conducted. The workpiece was hardened up to 65 Rc. The variations of pure radial motion of the spindle ware measured during the cutting tests. The signals from the sensor showed the same pattern of cutting force variations from the tool dynamometer due to the progress of tool wear. As the flank wear of the ceramic tool increased both static component of cutting forces and the amount of center shift of spindle orbit increased, Results from the research showed that the developed sensor could be utilized as an effective and cheap on-line sensing device to monitor cutting conditions and tool performance in the un-manned machining center.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2002.02a
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pp.11-18
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2002
The STD11 and KP4 are important steels and applied to the manufacturing of the die and mold. The purpose of this study is to investigate the machinability of tool steels of STD11(HRC60) and KP4(HRC32) when machining them by using ball end milling tools coated with TiAlN. Cutting forces by using a Kistler piezo-cell type tool dynamometer, surface roughness and tool wear by using tool microscope are used in the tests. The results from the cutting tests of KP4 specimens show that 85m/min. of cutting speed and 0.32mm/rev. of feed per revolution are optimum conditions for the higher productivity and 0.26mm/rev. with the same cutting speed are optimum conditions for better surface finishing. The results from machining STD11 workpiece at 30m/min. of cutting speed and 0.17m/rev. of feed per revolution show recommended for the higher productivity. The KP4 shows relatively smaller cutting forces than STD11 and STD11 shows the better surface finish than KP4.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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