Development of a polishing process simulator for predicting the material removal rate on a parallel kinematics machine

Among the necessary operations for the manufacturing of metal molds, surface finishing is one of the most critical for the quality of the final product. A small surface roughness as well as strict dimensional constraints has to be achieved, but the operation, that is typically carried out by skilled workers, is characterized by low repeatability and high scrap rate, especially when involving complex shapes. In order to automate the process, for increasing its performances, the development of a material removal rate simulation based on the Preston’s model is necessary. The work is carried out on an innovative parallel-kinematics machine prototype equipped with a “sensorless” contact force control system. A methodology for the evaluation of the Preston’s coefficient and a comparison between the experimental observations of material removal and the forecasted one through a FEM simulation of the tool-workpiece contact will be presented. The results show a good correspondence between the measurements and the estimations of the material removal in case of planar surface, validating the experimental procedure and establishing solid foundations for the forecast of the working outcome in case of complex and free form surfaces.

Tra le lavorazioni necessarie per la produzione di stampi metallici, quella di finitura superficiale è una delle più critiche ai fini della qualità del prodotto. Una bassa rugosità superficiale ed il rispetto di stringenti vincoli dimensionali sono imprescindibili, ma l’operazione, spesso svolta a mano da lavoratori esperti, presenta alti margini di errore e bassa ripetibilità, specialmente quando concerne geometrie complesse. Nell’ottica di automatizzare il processo, al fine di migliorarne le performance, si ritiene necessario lo sviluppo di una simulazione sull’asportazione di materiale basata sul modello di Preston. Il lavoro è svolto su un innovativo prototipo di macchina a cinematismo parallelo dotato di un sistema di controllo “sensorless” sulla forza di contatto. Oltre allo sviluppo di una metodologia sperimentale per la valutazione del coefficiente di Preston, viene presentato un confronto tra l’asportazione di materiale valutata sperimentalmente e quella prevista tramite una simulazione agli elementi finiti del contatto tra l’utensile e la superficie in lavorazione. I risultati mostrano buona corrispondenza tra le misurazioni e le stime di asportazione in caso di superficie piana, validando la procedura sperimentale e gettando solide fondamenta per la previsione della lavorazione su superfici di forme libere e complesse.