Force-measurement based tool-workpiece contact detection in micromilling

eng Artykuł w języku angielskim DOI:

wyślij Bogdan Broel-Plater *, Marcin Matuszak **, Paweł Waszczuk * * Faculty of Electrical Engineering, West Pomeranian University of Technology ** Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology

Pobierz Artykuł

Abstract

Due to a very small tool dimensions in micromilling process finding contact of tool and workpiece is difficult. Observation of tool and its position in a relation to workpiece is only possible with a microscope. Cutting forces signals exploitation is proposed for tool-workpiece contact detection. Cutting forces were not used before for detecting contact of tool and workpiece. This paper presents results of cutting forces measurement occurring during toll-workpiece contact. Method of cutting forces signal processing that gives possibility of automatic tool-workpiece contact detection is shown. Current analysis was made off-line and obtained results will be used for further on-line tool-workpiece contact detection. Conclusions and further research plans arising from performed experiments are presented.

Keywords

cutting forces, micromilling, signal processing, tool-workpiece contact detection

Wykrywanie kontaktu narzędzia z przedmiotem obrabianym w mikrofrezowaniu z wykorzystaniem sił skrawania

Streszczenie

Z uwagi na małe wymiary narzędzia wykorzystywanego podczas procesu mikroobróbki znajdowanie kontaktu frezu z materiałem obrabianym jest relatywnie trudnym zadaniem. Obserwacja narzędzia i jego pozycji w stosunku do obrabianego przedmiotu jest możliwa jedynie z wykorzystaniem mikroskopu. W artykule zaproponowano wykorzystanie, nigdy wcześniej nie stosowanych dla tych celów, sił skrawania do określenia kontaktu narzędzia z przedmiotem. Dodatkowo opisano wyniki pomiarów oraz zaimplementowane sposoby przetwarzania sygnału, dające możliwość automatycznego wykrycia kontaktu. Przeprowadzone analizy zostały wykonane off-line, ich wyniki posłużą do przyszłej implementacji algorytmu w trybie on-line. W artykule zaprezentowano również wnioski płynące z badań oraz plany przyszłych eksperymentów.

Słowa kluczowe

kontakt narzędzia z materiałem obrabianym, mikroobróbka, przetwarzanie sygnałów, siły skrawania

Bibliografia

  1. Chae J., Park S.S., Freiheit T., Investigation of microcutting operations, “International Journal of Machine Tools and Manufacture”, Vol. 46, 2011, Issues 3-4, 313-332.
  2. Wang Jinsheng, Gong Yadong, Abba Gabriel, Antoine Jean Francois, Shi Jiashun, Chip formation analysis in micromilling operation, “The International Journal of Advanced Manufacturing Technology”, Vol. 45, 2009, Numbers 5-6, 430-447.
  3. Liu X., DeVor R.E., Kapoor S.G., Ehmann K.F., The Mechanics of Machining at the Microscale: Assessment of the Current State of the Science, “Journal of Manufacturing Science and Engineering”, Vol. 126, 2004, Issue 4, 666-678.
  4. Popov K., Dimov S., Ivanov A., Pham D.T., Gandarias E., New tool-workpiece setting up technology for micro-milling, “The International Journal of Advanced Manufacturing Technology”, Vol. 47, 2010, Numbers 1-4, 21-27.
  5. Kumar Mukund, Dotson Kavi, Melkote Shreyes N., An experimental technique to detect tool-workpiece contact in micromilling, “Journal of Manufacturing Processes”, Vol. 12, 2010, Issue 2, 99-105.
  6. Min S., Lidde J., Raue N., Dornfel D., Acoustic emission based tool contact detection for ultra-precision machining, “CIRP Annals - Manufacturing Technology”, Vol. 60, 2011, Issue 1, 141-144.
  7. Min S., Sangermann H., Mertens C., Dornfeld D., A study on initial contact detection for precision micromold and surface generation of vertical side walls in micromachining, “CIRP Annals - Manufacturing Technology”, Vol. 57, 2008, Issue 1, 109-112.