Analysis on micro milling dynamics and stability

Abstract

Küçük boyutlar endüstri için gün geçtikçe daha önemli hale geliyor. Mikro frezelemede 1mm altındaki hatların freze ile işlenmesi için kullanılan bir tabirdir. Küçüktakımlarla ya da mikro takımlarla frezeleme hassas ürünlerde gittikçe daha çokkullanılan bir yöntemdir. Geleneksel takımlarla işlemede görüldüğü gibi tırlama veişleme sırasındaki titreşimler mikro frezeleme işlemlerinde de önemlidir. Tırlamatahmini modelleri kararlılık limitlerini tahmin etmek için takım dinamiği ve kesmekuvveti modellerine ihtiyaç duyar. Takım ucu frekans tepki fonksiyonu işleme dinamiğive kararlılık analizi açısından anahtar bir girdi verisidir. Geleneksel takımlarda frekanstepki fonksiyonu deneysel modal analizle bulunur. Mikro freze takımları için isedoğrudan modal analiz mümkün olmamaktadır. Testte yöntemlerinin sınırlamalarınedeniyle literatürde dinamik esneklik eşlenmesi metodu yaygındır.Sunulan bu tez mikro freze takımların kararlılık limitlerinin belirlenmesi için gerekliolan temel parametrelerin modal test yöntemi ile belirlenmesine odaklanmıştır. Dolaylıbir ölçüm metodu önerilmiştir. Ayrıca deneysel ve geleneksel takımlar için geliştirilmişbir modelle tahmin edilen teorik kararlılık limitlerinin mikroya yakın ölçekte takımlarlayapılan testlerle karşılaştırılmıştır. Çeşitli işleme durumlarında, farklı tırlama tespitmethodları kullanılmıştır. Mikroya yakın ölçekte takımlar için işleme sırasında tırlamatespitindeki güçlükler tespit edilmiştir. Takım dinamiği dolaylı test yöntemiyle belirlilimitler dahilinde ölçülmüştür. Kararlılık limitlerinde testlerle tahminler arasında büyükaçıklıklar olsa da farklar analiz edilmiştir ve daha ileri çalışmalar için bir adımatılmıştır.

Smaller sizes are becoming more and more necessary for industry. Literally, machiningfeatures less than one millimeter are called micro machining. Milling using small ormini tools is one of the most common manufacturing processes for production ofprecision products. As in the macro milling, milling with mini tools also suffer fromwell known unstable vibration problem which is called regenerative chatter. Chatterprediction models need certain process, tool and workpiece related information. Tool tipfrequency response function FRF is the key input information for cutting dynamics andchatter stability analyses. The common method for determining macro tool tip FRF isthe experimental modal analysis. However, in micro tools receptance coupling analysisis popular in the literature due to certain restrictions of experimental test method.This thesis is focused on determining dynamic parameters of miniature milling tools bymodal testing methods which are crucial to determine the stability characteristics of themicro flat end milling. An indirect modal testing method is presented. Also stabilitylimit prediction with a conventional model is compared with experimental results.Various chatter detection methods and milling conditions are tested. In process chatterdetection problems and modelling difficulties related with the miniature tool geometryare reported. Tool dynamics prediction is done with certain accuracy. Although thethesis study lacks from solid results in the stability limit prediction, discrepancy analysisof the test data are done and it is a first step for further studies.