Tool path selection and feed rate scheduling strategies for free-form surfaces

Abstract

Koç ÜniversitesiYüksek Lisans Tez Özet FormuÖğrencinin Adı : Mustafa KaymakçıAna Bilim Dalı : Makine MühendisliğiTez Başlığı : Karmaşık Serbest Yüzeyler çin lerleme Hızı PlanlamaStratejileri ve Takım Yolu SeçimiÖzetMonoton olmayan serbest şekilli yüzeylerin asgari sürede işlenmesi birçok endüstrideönemli bir önceliğe sahiptir. şleme süresinin eniyilenmiş NC kodları kullanılarakdüşürülmesi aynı zamanda CAM yazılımı geliştiren firmaların da hedefidir. Bu hedef, CNCmakinelerin fiziksel limitlerini aşmadan gerçekleştirilmelidir. Bu tez karmaşık serbest şekilliyüzeylerin işlenmesi sırasında oluşan kesme kuvvetlerinin hassas bir şekilde öngörülebildiğinisunmaktadır. Dolayısıyla, serbest şekilli yüzeylerde, bütün takım yolu boyunca alışılagelmişsabit ilerleme kullanmak yerine yeni Kuvvet tabanlı lerleme hızı Planlama stratejisinin (K P)kullanılması önerilmektedir. K P yönteminde, takım yolu boyunca ilerleme hızlarınındeğiştirilerek oluşan bileşke kesme kuvvetinin sabit tutulması amaçlanmaktadır. Buçalışmada, monoton olmayan serbest şekilli yüzeylerin işlenmesi sonucu oluşan kesmekuvvetleri deneysel ve teorik olarak sunulmuştur. Kuvvet tabanlı lerleme hızı Planlamastratejisinin kullanılması ile serbest şekilli yüzeylerin işleme sürelerinin önemli ölçüdeazaltılabileceği gösterilmiştir.Kuvvet tabanlı ilerleme hızı planlama stratejisinin gelişitilmesine ek olarak, kesmekuvvetlerinin kinematik ve mekanik tabanlı gelişmiş matematiksel modeli CAMyazılımlarıyla tümleşik hale getirilerek karmaşık takım-parça kesişimleri takım yoluna bağlıolmaksızın hesaplanabilmektedir. şlenmiş yüzeylerin 3 boyutlu topoğrafyaları ve istenilenyüzeyle arasındaki farların dağılımı ayrıca hesaplanmıştır. Farklı takım yollu seçmestratejilerinin değerlendirilmesi gerçekleştirilmiştir. Teorik kesme kuvveti hesaplamaları vetopoğrafyaları hesaplanarak deneysel ölçümlerle karşılaştırılmıştır.Son olarak, katı model tabanlı kesişim hesaplama algoritmasının yardımıyla 5-eksenlitakım yollarında meydana gelen takım-parça kesişimleri hesaplanarak, 5-eksenli sistemlerinmekanistik kuvvet modellemesi yapılmış ve değişik lead ve tilt açılarının işleme üzerindekietkileri araştrılımıştır.Danışman: Dr. smail Lazoğlu Tarih:Enstitü Müdürü: Prof. Dr. Süleyman Özekici Tarih:

MSc Thesis Abstract FormName of the Student : Mustafa KaymakçıProgram of Study : M.Sc. Mechanical EngineeringThesis Title : Tool Path Selection and Feed Rate SchedulingStrategies for Complex Sculptured SurfacesAbstractMachining of non-monotonic sculptured surfaces with minimum cycle times has beenone of the major priorities in most of the industries. Reductions in machining times withoptimized NC codes are also the targets of CAM software packages developers. Thistarget must be reached without violating the physical limits of the CNC machines. Thispaper presents that the cutting forces for very complex sculptured surfaces can beprecisely predicted. Therefore, rather than using conventional constant feedrate all alongthe tool path for sculptured surfaces, it is recommended to utilize the new Forced basedFeedrate Scheduling (FFS) strategy. In FFS technique, the resultant cutting forces areaimed to be kept constant by varying the feedrate along the tool path. Simulations andexperimental validations are performed for non-monotonic complex sculptured surfaces.It is shown that with the new Forced based Feedrate Scheduling strategy; the cycletimes of sculptured surface machining are decreased significantly.Besides developing the force based feed rate scheduling strategy, an advancedmathematical model of cutting forces that is based on the kinematics and mechanics ofthe 3D sculptured surface machining is integrated with CAM packages in order to predictthe complex tool-workpiece engagements and machining forces for any tool path.Machined 3D free form topographies and distributions of errors between the desiredCAD and machined surfaces are also predicted in advance. An evaluation of differenttool path selection strategies for 3D free form surfaces is made. Theoretical simulationsof forces and surface topographies are presented and compared with experimentalmeasurements.Finally, with the help of the robust solid model based engagement determinationalgorithm, it is possible to model tool/workpiece intersections in complex sculpturedsurfaces in which engagement domain calculations are extremely difficult. Usingengagement data, mechanistic modeling of 5-axis machining was performed and theeffects of lead and tilt angles were investigated.Advisor: smail Lazoğlu Date:Director: Prof.Dr. Süleyman Özekici Date: