پيش بيني استهلاك فرايند ماشينكاري 7075AL با استفاده از سري زماني

Prediction of stability lobes in milling of aluminum alloy 7075 using time series analysis

در اين مقاله، روشي جديد براي پيش بيني دقيق نيروهاي برش و تعيين بافت سطح قطعه كار توليد شده در عمليات فرزكاري با بار جانبي كم ارايه مي‌گردد. در روش پيشنهادي، نسبت ميرايي فرآيند در خارج از منطقه برش توسط روش تحليل مودال تجربي تعيين شده و براي تعيين دقيق نسبت ميرايي فرآيند در داخل منطقه برش از تكنيك هاي روش تحليل سري زماني استفاده شده است. با استفاده از دياگرام جمع همبستگي، مقايسه‌اي بين سيگنال نيروي شبيه‌سازي شده و سيگنال‌ نيروي آزمايشگاهي انجام گرديده و مقدار نسبت ميرايي، با مقايسه كيفي دياگرام مذكور براي دو سيگنال تعيين مي‌گردد. روش مورد استفاده براي شبيه‌سازي نيروهاي برشي، روش المان محدود زماني (TFEA) است كه روشي بسيار كارآمد براي پيش بيني ديناميك فرآيند فرزكاري با بار جانبي كم مي‌باشد. روش TFEA امكان مدلسازي فركانس هاي Flip و Hopf را در شرايط فرزكاري با بارجانبي كم فراهم مي آورد. اين فركانس ها به شدت بر روي دالان‌هاي پايداري فرآيند موثر مي‌باشند. بدين ترتيب مدلسازي نيرويي انجام شده با اين روش، تاثيرات فركانس هاي مذكور را لحاظ مي‌كند. در اين شبيه‌سازي، اثر خروج از مركزي ابزار در نظر گرفته شده است. به منظور تاييد صحت مدل ارايه شده، تعدادي آزمايش فرزكاري نمونه بر روي ديواره آلومينيومي‌ از جنس 6T-7075 با استفاده از ابزار فرز انگشتي از جنس HSS انجام شده‌اند. پارامترهاي مقايسه شده بين مدل شبيه سازي و آزمايش هاي تجربي شامل نيروي برشي، الگوي كيفي بافت سطح و مقدار كمي زبري سطح مي‌باشند. نتايج آزمايشگاهي نشان مي‌دهند كه مدل ارايه شده با دقت بسيار خوبي مي‌تواند دامنه نيرو، بافت سطح و مقدار زبري سطح را تعيين نمايد.

In this paper, a new method is presented for accurate prediction of cutting forces, stability lobes and the surface texture generated during low radial immersion milling process. In the proposed approach, the damping ratio for non-cutting zone is determined by experimental modal analysis, while the process damping ratio of cutting zone is defined using times series analysis techniques. Using correlation sum diagram, the simulation and experimental force signals are qualitatively compared to anticipate the value of process damping. The cutting force simulation algorithm utilizes Time Finite Element Analysis (TFEA) which is an effective method for modeling of cutting dynamics in low radial immersion milling process. The TFEA method enhances the modeling of flip and hopf bifurcation frequencies in low radial immersion milling. These frequencies can highly affect the stability lobes of milling process. Moreover, the effect of cutter deflections and run out are taken into account. The feasibility of proposed model is verified experimentally for side wall machining of Aluminum 7075-T6 using a HSS helical end mill. The compared simulation and experimental results include dynamic cutting forces, 3D surface texture, surface roughness and the boundaries of stability lobe diagram. It is shown that the implemented model can accurately simulate the various aspects of low radial immersion milling process.