مطالعه اثر انحناهاي سطح تنديس‌وار بر نيروهاي فرزكاري

در فرآيند فرزكاري قطعات با سطوح تنديس‌وار، انحناهاي سطح به‌عنوان يكي از بارزترين ويژگي‌هاي هندسي آن مي‌تواند بر نيروهاي فرزكاري و در نتيجه بر دقت ابعادي قطعه نهايي تأثيرگذار باشد. در اين مقاله با ارائه مدلي تحليلي براي استخراج ناحيه درگيري ابزار فرز انگشتي سركروي و سطح تنديس‌وار، به‌گونه‌اي كه فرم صريح انحناهاي سطح را در بر داشته باشد، به مطالعه اثر انحناها بر نيروهاي فرزكاري پرداخته مي‌شود. به اين منظور، ابتدا نيروهاي فرزكاري با استفاده از مدل مكانيستيك و با به‌كارگيري روش تبديل از حالت متعامد به مايل براي محاسبه ضرايب برشي مدل‌سازي مي‌شوند. سپس، با مقايسه نتايج حاصل از مدل با نتايج موجود در مراجع معتبر به صحه‌گذاري آن پرداخته مي‌شود. در ادامه با انجام مطالعات پارامتريك، اثر انحناهاي سطح و عمق درگيري بر نيروهاي فرزكاري بررسي مي‌شود. نتايج به‌دست‌آمده نشان مي‌دهد كه در عمق درگيري ثابت، انحناهاي سطح در نواحي مقعر بيشترين تأثير، در نواحي زيني‌شكل حالت مياني و در نواحي محدب كمترين تأثير را بر نيروها دارند. همچنين، در مقادير مشخص از انحناهاي سطح، اثر انحناها بر نيروهاي فرزكاري با كاهش عمق درگيري افزايش مي‌يابد. به‌عبارت ديگر، با كاهش عمق درگيري، صرف‌نظركردن از انحناهاي سطح خطاي نسبي بزرگتري را در نتايج وارد مي‌كند. همچنين، نتايج به‌دست‌آمده نشان مي‌دهند كه انحناي سطح در صفحه عمود بر مسير حركت ابزار اثر بزرگتري بر نيروهاي فرزكاري نسبت به انحناي سطح در امتداد مسير دارد.

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.