There have been many research works for the indirect cutting force measurement in machining process, which deal with the case of one-axis cutting process. In multi-axis cutting process, the main difficulties to estimate the cutting forces occur when the feed direction is reversed. This paper presents the indirect cutting force measurement method in contour NC milling processes by using current signals of servo motors. An artificial neural network (ANN) system are suggested. An artificial neural network(ANN) system is also implemented with a training set of experimental cutting data to measure cutting force indirectly. The input variables of the ANN system are the motor currents and the feedrates of x and y-axis servo motors, and output variable is the cutting force of each axis. A series of experimental works on the circular interpolated contour milling process with the path of a complete circle has been performed. It is concluded that by comparing the ANN system with a dynamometer measuring cutting force directil, the ANN system has a good performance.
Quasti-static cutting force variations in milling process are measured indirectly using spindle motor current. Quasi-static sensitivity of the spindle motor current is higher than that of the feed motor current. Magnitude of the spindle motor current is independent of cutting direction. The linear relationship between the cutting force and the spimdle motor RMS current at various spindle rotational speed is obtained. Frequency/ Voltage(F/V) converter voltage is measured to identify the spindle speed and to determine the cutting force at various spindle speeds. Overload on the tool during milling process can be detected using the proposed indirect cutting force measurement. Based on these measurements, cutting force is regulated at a constant level by feedrate control.
This paper presents adaptive cutting force control in milling process using indirect cutting force measurement. The cutting forces in X, Y, and Z axes are measured indirectly from the sensing current of the feed-drive servo motor. After modelling the feed-drive system of a horizontal machining center, the relation between the cutting force and the servo motor current is analyzed. The pulsating milling forces are measured from the sensing current within the bandwidth of the servo. It is shown that indirect cutting farce measurement can be used in adaptive cutting force control. The adaptive control scheme which is globally convergent and stable is attached to a commercial CNC machining center. Cutting experiments on end milling are performed for diagonal cutting.
This paper presents an indirect cutting force measuring system, which uses the current signals from the AC servo drive units of the horizontal machining center, with its applications to the adaptive regulation of the cutting forces in various milling processes and to the on-line monitoring of tool breakage. A typical model for the feed-drive control system of a horizontal machining center is developed to analyze cutting force measurement from the drive motor. The pulsating milling forces can be measured indirectly within the bandwidth of the current feedback control loop of the feed-drive system. It is shown that the indirectly measured cutting force signals can be used in the adaptive controller for cutting force regulation. The whole scheme has been embedded in the commercial machining center and a series of cutting experiments on the face cutting processes are performed. The adaptive controller reveals reliable cutting force regulating capability against the various cutting conditions. It is also shown that the tool breakage in milling can be detected within one spindle revolution by adaptively filtering the current signals. The effect of the cutter run-out has been considered for the reliable on-line detection of tool breakage.
In recent manufacturing process, the increase of productivity has been attempted by reducing machining time with the increase of cutting force. However, the excessive increase of cutting force can cause tool breakage and have a bad effect on both manufacturing machine and workpiece. Thus, it is necessary to estimate and control the cutting force in real time during the process. In this study, use of disturbance observer is proposed for the indirect cutting force estimation. The estimated cutting force is used for the real-time control of feedrate, making the actual cutting force follow the reference force command. Since the suggested method does not need an expensive sensor like a dynamometer, the method is expected to be used practically. Since the actual cutting force follow the reference force, resulting the reducing of the machining time the increase of productivity are also expected, and the quality of cutting surface has been improved due to the adjusted feedrate. Besides, an actual constant cutting force guarantees the prevention of tool breakage. To show the effectiveness of the suggested cutting force control method, an experimental setup has been made without sensor and applied to several workpieces. Experiments show that the suggested method is effective to cutting force control of a CNC machining center.
Recent noticeable advances of CNC machine tools have considerably improved productivity and precision in manufacturing processes. However, in the respect of productivity some defects still remain because selection of machining conditions entirely depends on the experiences of programmers. Usually, machining conditions such as feed rate and spindle speed have been selected conservatively by considering the worst cases, and it has brought the loss of machining efficiency. Thus, the improvement of cutting force controller has been done to regulate cutting force constantly and to maximize feedrate simultaneously in case that machining conditions change variously. In this study, sliding mode control with boundary layer is applied to milling process for cutting force regulation and in a commercial CNC machining center data transfer between PC and PMC (programmable machine controller) of CNC machine is done using a standard interface method. And in the cutting force measurement, an indirect cutting force measuring system using current signal of AC servo is adopted in order not to use high-priced equipment like tool dynamometer. The purpose of this study is to maximize the productivity in milling process, thus its results can be applied to cases such as rough cutting process.
In machine tools, frictional force exists between the table and the guideways, and in ballscrews. In this paper, feed motor current measured by a hall sensor is used to calculate the motor torque. Some frictional phenomena are studied in feed drive systems, such as the relationship between feedrate and frictional torque, and chip cover effects on frictional torque. Considering frictional phenomena, the relation- ship between the feed froce and the feed motor current id obtained. Feed force can be well estimated by feed motor current measurement considering frictional behavior. The relationship between the cutting force and the feed motor current is slightly different between up milling and down milling due to the effect of y direc- tional cutting force on frictional torque.
Advanced sensor design and filtering technology have been studied to obtain information for condition monitoring and diagnostics inmachining processes. To develope and economic monitoring system in end milling processes, indirect and reliable type of cutting force estimators were required. In this paper, an estimation method of cutting forces during end milling processes was studied through the measurement of current signals obtained from spindle and feeddrive motors. Cutting force and torque models were derived from the cutting geometry in down milling processes. Relationships between motor currents and cutting forces were also developed in the form of AC and DC components from the developed force models. The validity of the cutting force estimator was confirmed by the experiments under various cutting conditions.
This paper presents a practical method of measuring the cutting force milling process by sensing the feed-drive servo motor current,avoiding the use of a dynamomenter. The relation between the cutting force and the servo motor currents is obtained after the feed-drive system of machining center is modelled. In order to measure the cutting force indirectly, the cutting force in the feed-drive system is regrared as a disturbance, and a disturbance estimator is designed using Kalman filter. A horizontal type machining center is used in the experimental study. A comparison is made between the cutting force measured from the dynamometer and the servo motor current.
In this paper, the web-based monitoring system is developed for the effective process monitoring of mold manufacturing using web. In developed system, the cutting force for monitoring the manufacturing condition is measured using hall-sensor that is low cost and useful to be installed in a machine tool indirectly. Specially, the current of main spindle in a machine tool is converted into cutting force by various experiments. For effective web-based monitoring, the program which runs in the local computer of client is made to exchange message between a server and a client by making of ActiveX control and the result of manufacturing is shown on web-browser by Ch language. The developed system in this study is the foundation of establishing E-manufacturing in mold factory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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