Takım tezgâhlarında optimal yörünge planlama: Evrimsel algoritmalar ve eğri uydurma yöntemleri ile performans iyileştirme
Optimal trajectory planning in machine tools: Performance improvement with evolutionary algorithms and curve fitting methods
- Tez No: 880194
- Danışmanlar: DOÇ. DR. REVNA ACAR VURAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 145
Özet
Bilgisayar destekli sayısal kontrollü (CNC) makinelerde yörünge planlama, karar alma ve kontrol süreçlerinde temel bir rol oynamakta olup akıllı imalat alanındaki araştırmaların önemli bir odak noktasını oluşturmaktadır. İmalat endüstrisinde yörünge planlama hareket doğruluğunu artırmanın yanı sıra CNC makine araçlarının döngü süresini azaltırken üretkenliğini artırmak da büyük öneme sahiptir. CNC tezgâhlarda en iyi yörüngeleri elde etmek için makine verimliliği, işleme kalitesi ve döngü süresini iyileştirmek amacıyla literatürde çeşitli yöntemler önerilmiştir. Bu çalışmada CNC tezgâhlarda optimal yörüngeyi oluşturmak için yol uzunluğunu kısaltma, yol pürüzlülüğünü azaltma, engellerden kaçınma ve makine çevrim süresini iyileştirme hedeflenmiş ve bu amaçla genetik algoritma (GA), yapay arı kolonisi (ABC), parçacık sürü optimizasyonu (PSO) ve baskın olmayan sıralama genetik algoritma (NSGA-II) gibi evrimsel yöntemler kullanılmıştır. Bu yöntemlerin performans karşılaştırma çalışmaları sonucunda NSGA-II'nin çok amaçlı yörünge planlama problemlerinin çözümünde etkili bir yöntem olduğu gösterilmiştir. NSGAII'nin başarısını vurgulamak için Pareto etkinlik durumu çok amaçlı genetik algoritma (MOGA) ile sunulmuş olup NSGA-II tarafından üretilen çözümlerin olumlu özellikleri öne çıkarılmıştır. Kapsamlı analiz sonuçlarına göre, NSGA-II ile yapılan yol optimizasyonu ile yol uzunluğunda %30 ve işleme döngü süresinde %7 oranında azalma sağladığı görülmüştür. Ayrıca beş eksenli bir CNC tezgâh sisteminin kinematik modeli oluşturularak yörünge planlama simülasyon çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmada Spline eğri uydurma yöntemleri kullanılarak örnekler sunulmuştur. Bu çalışmalar, karmaşık geometrilere sahip parçaların hassas işlenmesinde önemli avantajlar sağlamıştır. Spline eğri uydurma yöntemlerinin kullanımı daha pürüzsüz ve optimize edilmiş takım yolları oluşturarak işleme kalitesini artırmıştır. Simülasyon sonuçları, önerilen yöntemlerin CNC tezgâhların performansını ve verimliliğini önemli ölçüde artırabileceğini göstermiştir. Bu bulgular, eğri uydurma yöntemlerinin endüstriyel uygulamalarda daha yüksek doğruluk ve üretkenlik sağlama potansiyeline sahip olduğunu kanıtlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Trajectory planning (TP) is fundamental in the decision-making and control processes of computer numerical control (CNC) machines and is also an important focus of research in the field of smart manufacturing. Apart from improving motion accuracy in TP, increasing productivity while reducing CNC machine tools' cycle time is crucial in the manufacturing industry. To achieve optimal trajectories, various methods have been proposed in the literature to improve machine efficiency, processing quality, and cycle time. In this study, evolutionary methods such as genetic algorithm (GA), artificial bee colony (ABC), particle swarm optimization (PSO), and non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) is used to generate optimal trajectories for CNC machines, aiming to shorten path length, reduce roughness, avoid obstacles, improve machine cycle time. By means of performance comparison studies of these methods, it is shown that NSGA-II is an effective method for solving multi-objective trajectory planning problems. To highlight the success of NSGA-II, Pareto optimality is presented alongside the multi-objective genetic algorithm (MOGA), emphasizing the positive features of the solutions generated by NSGA-II. According to comprehensive analysis results, path optimization studies carried out with NSGA-II achieved reductions of 30% in path length and 7% in machining cycle time. Additionally, a kinematic model of a five-axis CNC machine is created and trajectory planning simulation studies are conducted. Herein, examples are presented using BSpline methods. These studies provide significant advantages in the precise machining of parts with complex geometries. The use of B-Spline methods resulted in smoother and more optimized tool paths, enhancing machining quality and reducing cycle times. Simulation results demonstrate that the proposed methods could significantly improve the performance and efficiency of CNC machines. These findings indicate that curve fitting methods have the potential to provide higher accuracy and productivity in industrial applications.
Benzer Tezler
- Türbin bıçaklarının torna-freze takım tezgahlarında optimal talaşlı imalatı için işlem metodolojisi geliştirilmesi ve Ti6Al4V ile uygulamaları
Development of process metodology for optimization of machining of turbine blades on turn-mill machine tools with Ti6Al4V applications
MÜGE KAHYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKKI ÖZGÜR ÜNVER
- Takım tezgahları dişli sistemlerinin bilgisayar destekli optimal tasarım
Başlık çevirisi yok
HAŞİM ŞENYİĞİT
- 5-eksenli torna-freze takım tezgahlarında döner çarkların enerji verimli talaşlı imalatı ve yapay sinir ağları ile işlem tahmin modelleri geliştirilmesi
5-axis energy efficient machining of rotary impellers on turn-mill machine tools and development of process prediction models using artificial neural networks
GÖKBERK SERİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HAKKI ÖZGÜR ÜNVER
- Tornalama işleminde oluşan sesin yüzey pürüzlülüğü üzerine etkisinin analizi
Analysis of the effect of sound generated during turning process on surface roughness
CANSU İNAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN NEŞELİ
- Mikro frezeleme uygulamalarında en uygun takım yolunun ve kesme parametrelerinin belirlenmesi
Determining optimum toolpath and cutting parameters in micro milling processes
EMRE GÜNAYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BABÜR ÖZÇELİK