Using mechanical vibration to monitor cutting tool wear and surface finishing in the milling process

This work shows a study on the viability o f the application of the mechanical vibration signals generated during the milling process to quantify the evolution of a cutting tool flank wear and to estimate the surface fmish of a milling tool. It is presented: the techniques used for real time monitoring, some definitions on milling, surface finishing, and the signal analysis techniques in the domain of time and frequency. Due to the fact that the milling machine presents variations in its vibration properties with the modifícation o f geometry during the work, a study on the dynamic sensitivity has been perfoimed in order to identify regions with less sensitivity to this variation in geometry, and such study was accomplished with the application o f Frequency Response Function. With the signals obtained during the monitoring of the milling passes on a AISI 1045 Steel bar, it has been realized that the parameters RMS, peak and kurtosis show good results for the quantification of the evolution of the wear of the cutting tool with the levei of vibration. The relation between work piece surface flnish and mechanical vibration has been obtained by using a third degree polynomial with coeffícients adjusted through common least squares. In the frequency domain, the evolution o f the wear of the cutting tolls can be detected through: spectral analysis, ceptral analysis, spectral analysis using Hiibert transforms and one third octave filters.Tese (Doutorado)Neste trabalho, é feito um estudo de viabilidade da aplicação dos sinais de vibração mecânica gerados durante o processo de fresamento, para relacioná-los à evolução do desgaste de flanco das ferramentas de corte e com o acabamento superficial da peça fresada. Portanto são apresentadas: as técnicas utilizadas para monitoramento em tempo real, algumas definições sobre o fresamento, acabamento superficial e as técnicas de análise de sinais no domínio do tempo e da freqüência. Devido à fresadora apresentar variações nas suas propriedades vibracionais com a alteração da posição da mesa de trabalho e do eixo porta fresa durante o seu funcionamento, um estudo de sensibilidade dinâmica foi realizado no sentido de identificar os locais que apresentavam a menor sensibilidade a esta variação de geometria, e este estudo foi realizado com a aplicação das Funções Resposta em Freqüência. Com os sinais obtidos do monitoramento durante os passes de fresamento sobre uma barra de aço ABNT- NB 1045, detectou-se que os parâmetros RMS, Pico e Kurtosis apresentaram bons resultados no sentido de quantificar a evolução do desgaste das ferramentas de corte com o nível de vibração. A correlação do acabamento superficial da peça com a vibração mecânica, foi obtida através da utilização de um polinômio de terceiro grau com seus coeficientes ajustados via Mínimos Quadrados Comuns. No domínio da freqüência, pode-se detectar a evolução do desgaste das ferramentas de corte através da: análise espectral . análise Cepstral. análise espectral com a utilização das transformadas de Hilbert e através da utilização de filtros e 1/3 de oitava