Modelling and optimization of multi-axis machining process considering CNC motion limitations
Çok eksenli metal kesme operasyonlarının takım eksen vektörü seçimi ve ilerleme hızı düzenlemesi ile modellenmesi ve en iyileştirmesi
- Tez No: 434062
- Danışmanlar: PROF. DR. ERHAN BUDAK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Industrial and Industrial Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Çok eksenli talaşlı imalat yöntemlerinin önemi, özellikle otomotiv, havacılık, kalıpçılık ve biyomedikal endüstrileri gibi üretilen parçaların yüzeylerinin karmaşık olduğu sektörler için son yıllarda oldukça artmıştır. Bu sektörlerde üretilen ürünlere talep arttıkça, hem talebi karşılamak hem de üretim maliyetlerini düşürmek için işleme zamanını azalmak çok önemli bir konuma gelmiştir. İşlem zamanının azaltılmasının yanı sıra, üretim toleransları içinde kalmak ve hatta parça kalitesini iyileştirmek de çok güncel ve önemli bir konu olarak görülmektedir. Yüksek kaliteli parça elde etmek için, boyutsal tolerans ve istenen yüzey kalitesi kabul edilebilir sınırlar içinde olmalıdır. Takım tezgâhın yapısal özellikleri, eksen sürücüleri, tahrik sistemi, eksen kontrol limitleri ve eksen motorlarının maksimum yetenekleri kesme operasyonu için sınır koşulları olarak görülebilir. Talaşlı imalat sürecinin çok değişken ve esnek bir süreç olduğu göz önünde bulundurulduğunda eksen sürücü limitlerinin her zaman en yüksek kapasitede kullanılamadığı söylenebilir. Gereken hareketin eksen sürücü limitlerini geçtiği bazı koşullarda CNC algoritması gerekli hareketin hızını kısarak istenilen geometrik ve hareketsel tolerans içinde kalabilmektedir. Bu olayın, operasyonun verimliliğini ve parça kalitesini önemli derecede düşürmekte olduğu söylenebilir. Bu tez, çok eksenli talaşlı imalat işlemlerinde, döner eksen ilerleme hızlarını, eksenlerin maksimum ivme ve sarsım limitleri dâhilinde tekrar düzenleyerek daha yüksek kaliteli yüzeylere sahip parçaların imalatını mümkün kılacak yeni bir algoritma sunmaktadır. Deneyler ve testler sonucunda elde edilen maksimum hız, ivme ve sarsım değerleri algoritmaya verilerek algoritmanın takım eksen değişkenlerini, eğilme ve yatma açılarını, işlem süresini azaltmak ve parça yüzey kalitesini arttırmak için tekrar hesaplaması sağlanmıştır. Çok eksenli talaşlı imalat işlemlerinde takım eksen yönelme açısı seçiminde güncel çalışmaların tezgâh eksen sürücü limitlerini dikkate almadığı göz önünde bulundurulduğunda bu tezde anlatılan algoritmanın bir ilk olduğunu söylemek mümkündür. Algoritma her bir kesme noktasında (CL) işleme zamanı azaltılması için döner eksenlerin ivme ve sarsım limitlerini göz önünde bulundurarak takım eksen yönelme vektörünü en uygun hale getirmektedir. Tez kapsamında anlatılan algoritmanın ve modellerin uygulanabilirliği endüstriyel iş parçası geometrileri üzerinde gösterilmiş ve iyileştirmeler sonuçlarla açıklanmıştır.
Özet (Çeviri)
The importance of multi-axis machining processes is increased over the years, especially for industries such as automotive, aerospace, dies and molds, biomedical where the parts have complex surfaces. As the demand for products is increased from these industries, it became crucial to minimize the cycle time to overcome the demand and also reduce the production costs while maintaining or enhancing the part quality. In order to achieve this the dimensional tolerances and a desired surface quality should be inside the acceptance limit while increasing productivity. The properties of the machine tool such as its own structure, axis drives, drivetrain, axis control limits and axis motor maximum capabilities can be regarded as boundary conditions of the process. The limits for the drives cannot be used at full capacity constantly as the machining process is a highly variable and flexible operation. For instance, sharp maneuvers on the tool path may not be realized at high feedrate values. In some cases, the required motion exceeds the motion capability of the axis drives, i.e. jerk,acceleration and velocity limitations. In those cases, the CNC unit slows down the motion to synchronize machine axes to keep up within geometrical limits of the required tool path. On the other hand, sometimes the commanded feed rate may not be achieved at some instances of a cycle involving short distances due to limited jerk and acceleration of the axes. These problems reduce the productivity of the operation as well as the quality of the final product. This thesis presents a new feed-rate optimization algorithm which re-adjusts the rotary axis motions to stay in the acceleration and jerk limits as well as to obtain a better surface quality for the final product in multi-axis machining. All measured velocity, acceleration and jerk limits are given to the algorithm to re-calculate the tool axis vector, such as lead and tilt angles, for minimizing the cycle time and enhancing part surface quality. As the current studies do not rely on the drive limits for choosing the tool orientation in multi-axis machining, for the first time, the algorithm represented in this thesis optimizes the tool's lead and tilt angles at each Cutter Location (CL) point. The technique used in the study optimizes the tool orientation vector for minimizing the cycle time by observing the acceleration and jerk limits of the axis drives of the machine tool. The unnecessary motions between CL points generated by commercial software can be eliminated by the algorithm and this increases the productivity of the process. The feasibility of the algorithm and the models in this thesis is presented on an industrial part geometry where the productivity and machined surface quality improvements are demonstrated.
Benzer Tezler
- Analysis of tool life for tungsten carbide helical end mills in milling aerospace aluminum
Havacılık endüstrisinde kullanılan alüminyum alaşımlarının karbür parmak frezeler ile işlenmesinde takım ömrü analizi
NEVZAT BİRCAN BUĞDAYCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- H-infinity mixed sensitivity optimization for a four axis gimbal platform
Dört eksenli gimbal platformu için H-sonsuz karma hassasiyet optimizasyonu
EZEL YALÇINKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÇankaya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OĞUZHAN ÇİFDALÖZ
- Parçacık sürü optimizasyonu ile pareto yaklaşımının birleştirilerek çok amaçlı optimizasyon problemlerinin çözümü ve Çanakkale-Tuzla hidrotermal sistemin manyetotellürik verileri ile modellenmesi
Solution of multi-objective optimization problems by combining particle swarm optimization with pareto approach and modeling of Çanakkale-Tuzla hydrothermal system with magnetotelluric data
ERSİN BÜYÜK
Doktora
Türkçe
2020
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH KARAMAN
- Cogging torque and performance optimization of an interior permanent magnet synchronous motor used in commercial washing machines
Ticari çamaşır makinelerinde kullanılan gömülü daimi mıknatıslı senkron motorların tutunma momenti ve performans en uygunlaştırması
EGE ÜNLÜTEPE KESKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ
- Design and optimization of variable stiffness composite structures modeled using Bézier curves
Bézier eğrileriyle modellenen değişken katılıklı kompozit yapıların tasarımı ve optimizasyonu
ONUR COŞKUN
Doktora
İngilizce
2022
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN