Lider merytoryczny prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak

I i II kwartał 2011

III KONFERENCJA RADY PARTNERÓW CZT AERONET i PANELE EKSPERTÓW PROJEKTU 13 – 14 Czerwca 2011 r.

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”

PROJEKT W SPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZW OJU REGIONALNEGO

ZB 2 Modelowanie, konstruowanie i kontrolowanie procesu HSM z

uwzględnieniem skonfigurowanego układu maszyna-przyrząd-detal

Lider merytorycznyprof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak

Partnerzy:• Politechnika Warszawska

• Politechnika Rzeszowska

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik WytwarzaniaZakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem

Model uproszczony typu kieszeń (pocket) - programowanie toru

• Model uproszczony (przegląd wytwarzanych lotniczych elementów integralnych)

• Wybór strategii frezowania

Uproszczony schemat optymalizacji kodu CNC z wykorzystaniem komercyjnych narzędzi.a)programowanie toru ruchu narzędzia i symulacja danych w systemie CAM, b)opracowanie postprocesora i generowanie kodu CNC c) symulacja i optymalizacja kodu CNC uwzględniająca układ OUPN.

Symulacja poboru mocy wrzeciona podczas frezowania z zadanymi parametrami.a) symulacja kodu CNC - dojazd narzędzia do naroża, b) dane obrazujące pobór mocy wrzeciona - kółkiem zaznaczono aktualną pozycje narzędzia na symulacji.

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

2.1 Modelowanie procesów HSMOptymalizacja programu NC pod względem maksymalnego

wykorzystania mocy wrzeciona – analiza stanu w firmach Doliny Lotniczej

Wnioski:•brak systemu optymalizacyjnego na etapie przygotowywania programowania w systemie CAM uwzględniającego geometrie ostrza, siły skrawania, sztywność układu OUPN oraz dynamikę napędów. •brak systemu wspomagającego system CAM uwzględniającego odkształcanie wyrobów podczas obróbki.



2.1 Modelowanie procesów HSMBadania wpływu materiału narzędzia i promienia krawędzi

skrawającej na siły skrawania przy frezowaniu stopu Ti6Al4V Opis próbyNarzędzie: frez firmy Sandvik z różnymi płytkami wymiennymi (tabela)Ciecz obróbkowa: emulsja 6% podawana przez ER narzędzia

Wnioski :

Mikrostruktura Ti6Al4V

Przekrój poprzeczny wzdłużny

Wytrzymałość na rozci Rm [MPa]

Umowna granica plast. R0,2 [MPa]

Wydłużenie względne [%]

Przewężenie [%]

Twardość [HRC]

Gęstość [g/cm3]

1036 918 17 44 35 4,24

Właściwości fizyczne stopu Ti-6Al-4V Ti6Al4V

Symbol płytki Promień krawędzi skrawającej rn [m]

R300-1032M-KH H13A

20

R300-1032E-KL H13A

18

R300-1032E-MM 2040

10

R300-1032E-PL 1030

14

R300-1032E-PM 1030

16

R300-1032M-KH 1020

22

R300-1032M-MM 2030

14

Dosuw osiowy ap = 0,15[mm]

Prędkość skrawania vc= 100 / 200 / 400 [m/min]

Posuw na ostrze fz= 0,05 / 0,1 / 0,2 [mm]

Parametry skrawania:

Kinematyka obrabiarki:

Stanowisko pomiarowe:

0

20

40

60

80

100

120

2030 2040 1020 1030M 1030L H13AH H13AL

F c, F

f [N]

0

5

10

15

20

25

r n [

m]

Wpływ promienia krawędzi skrawającej na siły skrawania (vc=200 m/min, ap=0,15mm, fz=0,1mm)

0

20

40

60

80

100

120

100 200 400

Vc [m/min]F c

, Ff [

N]

0

1

2

3

4

5

6

Ra [

m]

Wpływ prędkości skrawania na składowe siły skrawania i chropowatość powierzchni

Wnioski : •mały promień krawędzi skrawającej powoduje zmniejszenie sił skrawania•zwiększenie prędkości skrawania zwiększa siłę skrawania przy jednoczesnym zmniejszeniu chropowatości uzyskanej powierzchni



2.3 Układy diagnostyki stanu narzędzia i procesu skrawania dla przemysłu lotniczego

Sonda narzędziowa z funkcją pomiaru zużycia ostrzaCharakterystyka rozwiązania:• Wykorzystuje własny (PW) czujnikiem tensometryczny

• Zastosowanie w miejsce standardowej tokarkowej sondy narzędziowej.

• Dwa tryby pracy –• standardowy-ustawianie narzędzi

dane automatycznie wprowadzanie do układu sterowania obrabiarki NC.

• pomiar zużycia ostrza KE.

dane odczytywane przez operatora obrabiarki na zewnętrznym wyświetlaczu

Wnioski, plany:• rozwiązanie gotowe do wdrożenia

przemysłowego

• przygotowywane patenty

• publikacje – po patentach

Dane techniczne sondy tensometrycznej do pomiaru zużycia

Zakres pomiarowy pKE 600µm

Rozdzielczość 0,1µm

Dokładność

prawdop. 95% (2 sigma)

±0,88µm

prawdop. 99,7% (3 sigma)

±1,32µm

Powtarzalność 3µm



Charakterystyka rozwiązania:• automatyczny pomiar zużycia ostrza na powierzchni przyłożenia

– system wyświetla wartość zużycia

• pomiar różnych płytek bez ingerencji operatora w ustawienia

układu

• odporność na zakłócenia (narost, obniżenie krawędzi

skrawającej)

• znacznie tańszy niż układy oparte na pomiarach sił skrawania

czy AE,

• Praca samodzielna lub jako element układu wieloczujnikowego

Wnioski, plany:• rozwiązanie gotowe do budowy prototypu i

wdrożenia przemysłowego • przygotowywane patenty

• publikacje – po patentach

• prototyp do końca roku

2.3 Układy diagnostyki stanu narzędzia i procesu skrawania dla przemysłu lotniczego

Wizyjny układ diagnostyki zużycia ostrza


Dane do wskaźników realizacji celów projektu

Referaty konferencyjne (wygłoszone)III Warsztaty Zadań Badawczych ZB1, ZB2, ZB5, Łódź, 01.06.2011

Sebastian Bombiński

Zastosowanie metod wizyjnych do diagnostyki stanu narzędzia

Jarosław Chrzanowski

Sonda narzędziowa z pomiarem zużycia ostrza

Robert Ostrowski

Pomiar oporów skrawania przy wierceniu stopów Mg i Al



Referaty konferencyjne (zgłoszone)

Tool Condition Monitoring in Rough Turning of Inconel 625K. Jemielniak, T. Urbański, J. Kossakowska, S. Bombiński 7 Międzynarodowa Konferencja INŻYNIERIA PRODUKCJI 2011 Wrocław, 30.06 – 1.07.2011

Wykorzystanie narzędzi z płytkami obrotowymi do obróbki materiałów lotniczych

J. Kossakowska V Konferencja Naukowa SZKOŁA OBRÓBKI SKRAWANIEM, OPOLE 26 - 28. 09. 2011

Monitorowanie stanu narzędzia skrawającego w oparciu o wiele miar sygnałów

K. Jemielniak, T. Urbański, J. Kossakowska, S. Bombiński V Konferencja Naukowa SZKOŁA OBRÓBKI SKRAWANIEM, OPOLE 26 - 28. 09. 2011

Nowe trendy w obróbce wysokowydajnej (HPC)referat plenarny, zamawianyK. JemielniakV Konferencja Naukowa SZKOŁA OBRÓBKI SKRAWANIEM, OPOLE 26 - 28. 09. 2011



Publikacje (czasopisma międzynarodowe)

K Jemielniak, J Kossakowska, T Urbański, Application of wavelet transform of acoustic emission and cutting force signals for tool condition, monitoring in rough turning of Inconel 625, Proc. IMechE Vol. 225 Part B: J. Engineering Manufacture, 2011, 225, 1, 123-129.



Realizowane prace przejściowe magisterskie (1)

Promotor: dr inż. Rafał WypysińskiStudent: G. DerlikowskiTematyka: Wielozadaniowa sonda narzędziowa .



Realizowane prace inżynierskie (2)

Promotor: dr inż. Sebastian BombińskiStudent: J. ŻaczekTematyka: Badania doświadczalne zależności sił skrawania i emisji akustycznej od stanu narzędzia.

Promotor: dr inż. Jarosław ChrzanowskiStudent: J. GłodekTematyka: Tokarkowa sonda narzędziowa z dwoma czujnikami przemieszczenia

Realizowane prace magisterskie (2)

Promotor: dr inż. Mirosław NejmanStudent: S. LautschTematyka: Budowa układu diagnostyki do wykrywania KSO z wykorzystaniem modułu FPGA Promotor: Dr hab. inż. Romana E. Śliwa prof. ndzw. PRz.Student: P. HajdukTematyka: Nowoczesne rozwiązania technologiczne w wysokowydajnej obróbce stopów aluminium na przykładzie obróbki skrzynki przekładniowej



Realizowane prace doktorskie (4)

Promotor: prof. dr hab. inż. Krzysztof JemielniakDoktorant: mgr inż. Tomasz UrbańskiTemat: Automatyczna selekcja miar sygnałów do diagnostyki stanu narzędzi

Promotor: prof. dr hab. inż. Maciej SzafarczykDoktorant: mgr inż. Radosław GościniakTemat: Metoda określania współrzędnych i zużycia ostrza i zużycia ostrza noża na tokarkach NC

Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Krzysztof JemielniakDoktorant: mgr inż. Mariusz MuchaTematyka: Technologiczne metody zwiększania wydajności 5-osiowego frezowania powierzchni krzywoliniowych

Jedna praca w Politechnice Rzeszowskiej



Planowane prace habilitacyjne (robocze tytuły, zakresy tematyczne) (4):

dr inż. Joanna Kossakowska:„Zaawansowane metody przetwarzania sygnałów w diagnostyce procesu skrawania”

dr inż. Sebastian Bombiński: "Metody sztucznej inteligencji w diagnostyce procesu skrawania"

dr inż. Jarosław Chrzanowski „Badanie dokładności dynamicznej obrabiarek sterowanych numerycznie”

dr inż. Piotr Szulewski:"Informatyczne systemy komunikacyjne w środowiskach przemysłowych"



Zespół realizujący dotychczasowe podzadania

prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak,dr inż. Sebastian Bombiński,dr inż. Jarosław Chrzanowski,dr inż. Joanna Kossakowska,dr inż. Mirosław Nejman dr inż. Przemysław Oborskidr inż. Piotr Szulewskidr inż. Dominika Śniegulska-Grądzkadr inż. Rafał Wypysińskimgr inż. Radosław Gościniak – doktorantmgr inż. Bernard Nowakmgr inż. Mariusz Muchamgr inż. Robert Ostrowskimgr inż. Tomasz Urbański – doktorantJakub Żaczek – studentMaciej Burmajster – studentGrzegorz Derlikowski – studentTomasz Brzeziński – pracownik techniczny


Stan współpracy z przedsiębiorstwami Doliny Lotniczej

Stan współpracy z przedsiębiorstwami lotniczymi Doliny Lotniczej

• WSK Rzeszów

• Ultratech Sp. z o.o.

• Hispano-Suiza Polska Sp. z o.o.

• PZL Mielec


Główne wnioski z realizacji projektu w ostatnim okresie sprawozdawczym

Dwa systemy diagnostyki stanu narzędzia metodami bezpośrednimi:

•Wizyjny układ diagnostyki zużycia ostrza

•Sonda narzędziowa z funkcją pomiaru zużycia ostrzasą gotowe do wdrożenia przemysłowego, będą opatentowane


Plany na przyszłość

II półrocze 2011•Budowa prototypu wizyjnego układu diagnostyki stanu ostrza •Opracowanie metod automatycznej selekcji miar sygnałów diagnostycznych oraz integracji ich wskazań•Opracowanie strategii wykrywania KSO (toczenie i frezowanie)

2012•Opracowanie metodyki i procedur badania błędnych ruchów wrzecion tokarek i frezarek szybkoobrotowych•Opracowanie metodyki i procedur badania przebiegu zużycia wrzecion frezarek szybkoobrotowych•Opracowanie strategii diagnostyki zużycia ostrza dla produkcji jednostkowej przy założeniu niezmienności materiału obrabianego•Opracowanie metod komunikacji układów diagnostycznych z układami sterowania•Opracowanie i testowanie wirtualnych układów ADONiS


Dziękuję za uwagę

Zadanie Badawcze 2

Modelowanie, konstruowanie i kontrolowanie procesu HSM z uwzględnieniem skonfigurowanego układu maszyna-przyrząd-detal

Lider merytoryczny prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak

Documents

Transcript of Lider merytoryczny prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak