Tırlama: nasıl tanınır, nasıl durdurulur

Tırlama, parçada düzenli aralıklarla çizgiler ya da oluklar bırakan ve takıma zarar verebilen yüksek sesli, sert titreşimdir. Ertürk, Özgüven ve Budak onu parça işleme sırasında karşılaşılan “tırlama olarak bilinen kendinden kaynaklı titreşimler” diye tanımlar; Stépán da talaş kalınlığı rejenerasyonuyla oluşan tırlamayı kendinden kaynaklı bir titreşim türü olarak anlatır ve onu bir rezonans sanma alışkanlığına karşı uyarır. Bir kez başladığında da, Cutting Tool Engineering dergisinin Smith’in yazısına eklediği terim sözlüğüne göre, sorun giderilene kadar çoğu zaman kendini sürdürür. Onu neyin beslediğini bilmek, alışılmış deneme yanılmayı birkaç bilinçli değişikliğe çevirir.

Tırlama kendini nasıl besler

Kesme hiçbir zaman tam düzgün değildir. Stépán tornalamada bir sarsıntıdan sonra olanı anlatır: takım iş parçasına göre sönümlü bir salınıma başlar ve iş parçasının yüzeyi dalgalanır. Bir devir sonra takım bu dalgaya yeniden gelir; takımdaki talaş kalınlığı değişir ve gecikme bir devrin süresine eşittir. Frezeleme aynısını diş diş yapar: Smith’e göre titreşen takımın dişleri arkalarında dalgalı bir yüzey bırakır ve bu dalgalanmanın yeniden üretilmesi frezelemede tırlamanın başlıca mekanizmasıdır. Ertürk ve arkadaşları buna talaş kalınlığı rejenerasyonu der; onlara göre “Tırlamanın temel nedeni olarak bilinen talaş kalınlığı rejenerasyonu”, 2006’daki makalelerinden yaklaşık elli yıl önce Tobias ve Fishwick tarafından tanımlanmıştır. Kesme kuvveti talaş kalınlığını izlediği için (kesme kuvvetleri), değişen talaş, zaten titreşebilen bir takıma değişen bir kuvvet demektir.

Talaşın ne kadar değiştiği iki dalga arasındaki faza bağlıdır: önceki pasonun bıraktığı dalga (talaşın dış yüzü) ve takımın şimdi kestiği dalga (iç yüzü). Ertürk ve arkadaşları bunu, iş parçası yüzeyinde “birbirini takip eden titreşim dalgalarının arasındaki faz farkına” bağlar; Liao ve Young’a göre ardışık iki kesme arasındaki gecikme bir faz farkı doğurur. Smith’in anlatımıyla, yüzeyde kalan dalga takımın hareketiyle tam hizalandığında talaş kalınlığı hiç titreşim yokmuş gibi görünür.

• önceki paso (dış dalga)
• bu paso (iç dalga)
• kalkacak katman
• kesme kenarındaki talaş kalınlığı h

❚❚İki dalga arasındaki faz ε

90

°

Talaş kalınlığının salınımı± 1,41 × A

Fazı iş mili devri belirler. Bir devirde titreşim tam sayıda N dalga artı bir dalganın ε/2π kadarlık bir kesrini tamamlar; ε, şimdiki titreşimle önceki devrin bıraktığı arasındaki fazdır. Tyler ve Schmitz bunu fc/Ω = N + ε/2π diye yazar; fc tırlama frekansı, Ω saniyedeki devir sayısıdır. Devir değişince kesir de değişir; aynı takımın bir devirde tırlayıp biraz farklı bir devirde temiz kesmesinin nedeni budur.

Tırlama mı, iş milinin sürdüğü bir titreşim mi?

Her titreşim tırlama değildir. Smith’in açıklamasına göre bazı titreşimleri doğrudan dönen iş mili sürer: salgı devir başına bir kuvvet verir, kesmeye giren her diş de dişlerin geçiş frekansında bir kuvvet verir; Smith bu frekansı ft = n × m ÷ 60 diye yazar, n devir (dev/dak), m takımdaki diş sayısı. Bu titreşimler devirle birlikte değişir. Tırlama bu aileye uymaz: frekansı tezgâhın, takımın ya da parçanın doğal frekanslarından birine yakındır ama ona eşit değildir ve dişlerin geçiş frekansıyla bağlantılı değildir (Smith). Schmitz ölçüm tarafını verir: dişlerin geçiş frekansından ve onun katlarından (harmoniklerinden) başka frekanslarda içerik belirdiğinde tırlama tanınır.

Fark duyulabilir. Smith’e göre kararlı, tırlamasız frezeleme tek baskın frekanslı berrak bir ton çıkarır; tırlama ise çoğu zaman birbirine karışmış frekanslarla sert bir ton verir. Parçadaki tırlama izlerinin aralığı titreşimin frekansına bağlıdır.

15.000 dev/dak (tırlıyor)Kurala göre: 12.810 dev/dak

Devir n

15.000 dev/dak

Dişlerin geçiş frekansı ft = n × m ÷ 60 (m = 2 diş)

500 Hz

Tırlama frekansı fc

427 Hz

Yeni devir = fc × 60 ÷ m

427 × 60 ÷ 2 = 12.810 dev/dak

Freze tezgâhının devir aralığında yer varsa Smith’in kuralı doğrudan bir sonraki adımı verir: yeni devri, yeni diş geçişi eski tırlama frekansına eşit olacak şekilde seçin, sonra talaş yükü sabit kalsın diye ilerlemeyi ayarlayın (Smith). Smith sonucu, örneğinde 12.810 dev/dak’yı, denenecek yeni devir diye anar; Schmitz de bir takımın kararlılığını haritalarken bir sonraki deneme devrini aynı adımla, Ω = 60·fc/Nt ile seçer. Kural frezeleme için, dişlerle yazılmıştır; tornalamada devir başına bir geçiş vardır ve kararlı devirlerin nerede olduğunu aşağıdaki diyagram gösterir.

Kararlılık diyagramı

Kural işe yarar, çünkü kararlı devirler adalar hâlinde gelir. Kararlılık diyagramı onları haritalar: Ertürk ve arkadaşlarının deyişiyle kararlılık diyagramları “kesme derinliği - iş mili devir hızı eşlemelerini sunar”; Schmitz’e göre harita, tırlama üreten devir ve eksenel derinlik bileşimlerini üretmeyenlerden ayırır ve kararlı değerlerin deneme yanılmasız seçilmesini sağlar. Çizginin altı tırlamasız, üstü tırlamadır (Khasawneh ve arkadaşları). Stépán kararlı ve kararsız bölgelerin kesme hızıyla sırayla değiştiğini, daha yüksek hızlarda daha geniş kararlı bölgeler bulunduğunu anlatır. Smith en büyük kararlı bölgeyi dişlerin geçiş frekansının doğal frekansa eşit olduğu yere koyar; tepelerin hepsi en iyi devrin tam sayılı kesirlerinde çıkar. NIST’ten Davies ve arkadaşları da aynısını bulur: en kararlı devirler yaklaşık olarak en esnek titreşim biçimlerinin doğal frekanslarının tam sayılı kesirlerindedir.

Tornalama için Tyler ve Schmitz sınırı şöyle verir:

$$b_{lim} = \frac{-1}{2\,K_s\,\mathrm{Re}[G]}, \qquad \frac{f_c}{\Omega} = N + \frac{\varepsilon}{2\pi}, \qquad \varepsilon = 2\pi - 2\tan^{-1}\frac{\mathrm{Re}[G]}{\mathrm{Im}[G]}$$

Burada G takım ucunun yönlendirilmiş frekans tepki fonksiyonu (FTF), Ks özgül kesme kuvveti, b talaş genişliği ve N = 0, 1, 2 … devir başına tam dalga sayısıdır (Tyler ve Schmitz’in lobe number dediği). Yalnızca G’nin gerçel kısmının negatif olduğu frekanslar bir sınır verir; Ertürk ve arkadaşları bu sınıra kritik kesme derinliği der.

Devir n

3.000

dev/dakKesme derinliği

1,20

mmCebe git

tırlama

Devir başına dalga (fc · 60 / n)

—

Bu devirde sınır

—

En yakın kararlı cep

—

FTF bir darbe testinden gelir: Schmitz’e göre aletli bir çekiçle yapı uyarılır ve titreşim tepkisi ölçülür; testin amacı seçilen mekanik yapının FTF’sini belirlemektir. Ertürk ve arkadaşları yolu “darbe çekici ve spektrum analizi yazılımıyla darbe testi yapmaktır” diye özetler. Schmitz ve NIST’teki arkadaşları onu belirli bir takım, tutucu ve iş mili bileşimi için ölçer; Atlar da kararlılık diyagramının iş mili, takım tutucu ve takım bileşimi için elde edilmesi gerektiğini yazar. Schmitz’den iki uyarı daha: tam sınır üzerindeki bir devir ve derinlik, bir belirsizlik kaldığı için büyük olasılıkla seçilmez; düşük devirlerde ise kesme, kesme kenarı tasarımından etkilenen süreç sönümü sayesinde yeniden kararlı olabilir.

Tornalama ve iç çap tornalama: deneme sırası

Üreticilerin tornalama ve iç çap tornalama için önerileri, pratik bir sırayla: önce bağlama ve takım, en son devir.

Baranın kendisi, sarkma sınırları ve sehimi için bkz. iç çap tornalama.

Frezeleme: deneme sırası

Kesme yönü ve doğurduğu kuvvetler aynı ve zıt yönlü frezeleme sayfasında anlatılıyor.

Önerilerin ayrıştığı yerler

Üç çare için farklı üreticiler, bazen aynı üretici, zıt şeyler söylüyor.

• Diş sayısı. Kennametal’in 32 numaralı ipucu oluk sayısının azaltılmasını öneriyor; Mitsubishi de ince cidarlı parçalarda ya da düşük rijitlikte titreşimi önlemek için az ağızlı parmak freze öneriyor. Kennametal’in 12 numaralı ipucu ise daha çok oluklu parmak freze seçilmesini söylüyor.
• İlerleme. Kennametal’in 12 numaralı ipucu ilerlemeyi ya da diş başına talaş yükünü artırmayı öneriyor; BIG DAISHOWA daha iyi yüzey için ilerlemeyi aşırı düşürmenin tırlama riski taşıdığını yazıyor. Kennametal’in 32 numaralı ipucu ise talaş yükünü azaltmayı sayıyor, bunun freze için zararlı olabileceği uyarısıyla; Muratec de düşük ilerlemenin kesme kuvvetini azalttığını yazıyor.
• Devir. Mitsubishi kesme hızını düşürmeyi, BIG DAISHOWA aşırı olduğunda yüzey hızını azaltmayı öneriyor. Okuma ise ilk eğilimin devri düşürmek olduğunu ve bunun tırlamayı çoğu zaman kötüleştirdiğini, devri artırmanın doğru hareket olabileceğini yazıyor. Haas nedenler arasında çok hızlı ya da çok yavaş çalışmayı sayıyor.

Devri kumanda değiştirsin

Bazı kumandalar iş mili devrini değiştirebilir ya da operatöre hangi devri kullanacağını söyler.

• Haas, devir değişimi (SSV). Bütün Haas CNC torna merkezlerinde ve yazılımı 6.04 ve sonrası olan takımhane tornalarında standarttır. Operatörün, devrin sürekli değişeceği bir aralık belirlemesini sağlar ve titreşimin, işleme frekansı sürekli değiştiği için başlamasına izin vermeyerek tırlamayı bastırır. M38 açar, M39 kapatır; Setting 165 devrin komut değerinin ne kadar üstüne ve altına salınacağını, Setting 166 çevrimi belirler. 50 ve 30 (3 s) ile S1000, 950 ile 1050 dev/dak arasında salınır. Devir 10 dev/dak’nın altına inmez; M30 ya da RESET SSV’yi kapatır.
• Okuma, Machining Navi. OSP kumandada iş mili kartuşundaki akustik algılayıcılarla dinleyen bir seçenektir; tırlama algılandığında ya devir değişikliği önerir (L-g ve M-g sürümleri) ya da M-i sürümünde ayarı kendisi yapar. Okuma onu hem torna hem freze tezgâhları için sunuyor.
• DMG MORI, CELOS Chatter Control. İş miline takılı bir ivme algılayıcı titreşimi algılar; yazılım, titreşim frekansına dayanarak titreşimi bastıracak devri hesaplar.

Zelinski tornalamada devir değişimini anlatırken fikri özetliyor: süreç sorunlu herhangi bir devirde yalnızca bir an kalır.