Przebieg obróbki skrawaniem został zaprojektowany w celu wyizolowania wpływu kształtu narzędzia i kontroli ruchu na zmienność wymiarową. Każdej zmiennej przypisano ustalony zakres, a przetwarzanie próbek przebiegało zgodnie z identyczną sekwencją, aby zapewnić powtarzalność. Wszystkie narzędzia tnące były sprawdzane przed i po każdej partii, aby wyeliminować zakłócenia związane ze zużyciem krawędzi.

Surowe zestawy danych zostały wygenerowane poprzez kontrolowane próby obróbki skrawaniem. Odczyty pomiarowe uzyskano za pomocą skalibrowanej współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM), profilometru powierzchni i szybkich akcelerometrów umieszczonych w pobliżu suportu narzędziowego. Wcześniej opublikowane zestawy danych tolerancji zostały wykorzystane jako odniesienia porównawcze do oceny wydajności.

• Wyposażenie do obróbki skrawaniem: 5-osiowe centrum tokarskie CNC z silnikiem wrzeciona

• Narzędzia tnące: Wkładki z węglików spiekanych (promień nosa 0,4 / 0,8 mm)

• Przyrządy pomiarowe: CMM (±1 μm), profilometr (Rozdzielczość 0,01 μm), dwuosiowe czujniki wibracji

• Modele statystyczne: Regresja wielowymiarowa dla odchylenia tolerancji; analiza spektralna dla wzorców wibracji
  Wszystkie parametry, wzory i sekwencje zostały udokumentowane, aby umożliwić pełną replikację procedury.

Zmierzona odchyłka wymiarowa zmniejszyła się, gdy promień wkładki wzrósł z 0,4 mm do 0,8 mm. Ulepszony promień zmniejszył ugięcie narzędzia, prowadząc do zmniejszenia średniego odchylenia z 12 μm do 7 μm. Jest to zgodne z danymi referencyjnymi pokazującymi podobne redukcje w stopach o średniej wytrzymałości.

Tabela 1 podsumowuje średnie odchylenie dla różnych materiałów.

Chropowatość powierzchni Ra poprawiła się konsekwentnie, gdy prędkość wrzeciona została ustabilizowana w zakresie ±15 obr./min. Profilometr zarejestrował 27% poprawę w próbkach aluminiowych i 18% poprawę w stali miękkiej. Ten wzór jest zgodny ze szczytami wibracji spektralnych, które przesunęły się w dół, gdy zmniejszył się rezonans narzędzie-przedmiot obrabiany.

W porównaniu z istniejącymi badaniami, wyniki testów pokazują węższy rozkład błędów tolerancji, gdy dryft termiczny był kompensowany co 20 minut. Opublikowane prace zazwyczaj raportują większą wariancję dla niekompensowanych cykli obróbki skrawaniem, podkreślając znaczenie kontroli temperatury w toczeniu małych partii.

Redukcja odchylenia wymiarowego jest przede wszystkim związana z niższymi wibracjami bocznymi narzędzia. Zwiększony promień wkładki generował bardziej stabilną ścieżkę kontaktu, co skutkowało gładszym przepływem wiórów i zmniejszonym naprężeniem termicznym. Stała prędkość wrzeciona dodatkowo zminimalizowała dynamiczne zmiany siły skrawania, wspierając stabilny poziom chropowatości.

Badanie koncentrowało się na dwóch materiałach i jednej klasie wkładek z węglików spiekanych. Nie oceniano płynów chłodząco-smarujących, poziomów sztywności maszyny i hybrydowych strategii obróbki. Czynniki te mogą wpływać na wyniki w różnych ustawieniach przemysłowych.

Powtarzalny proces pokazuje praktyczną drogę dla fabryk, które chcą poprawić dokładność toczenia, szczególnie w zamówieniach mieszanych materiałów lub precyzyjnych pracach prototypowych. Fabryki mogą zintegrować monitorowanie wibracji i kalibrację termiczną z istniejącymi przepływami pracy przy umiarkowanych kosztach.

Testy obróbki skrawaniem pokazują, że równoważenie geometrii wkładki ze kontrolowaną prędkością wrzeciona zapewnia wymierne korzyści w zakresie stabilności wymiarowej i jakości powierzchni. Konsekwentna kompensacja termiczna wzmacnia powtarzalność tolerancji w toczeniu aluminium i stali miękkiej. Zwalidowany przepływ pracy oferuje skalowalne odniesienie techniczne dla producentów precyzyjnych i sugeruje dalsze badanie powłok narzędzi, strategii chłodzenia i optymalizacji wielomateriałowej.