Lider merytoryczny prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak ZB 2 Modelowanie, konstruowanie i kontrolowanie procesu HSM z uwzględnieniem skonfigurowanego układu maszyna-przyrząd-detal Lider merytoryczny prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak Partnerzy: Politechnika Warszawska Politechnika Rzeszowska

Opracowanie metod nadzorowanie stanu obrabiarek do HSM. Cele prac badawczych: 2.1 Modelowanie procesów HSM Opracowanie modeli matematycznych i optymalizacja wydajnościowej tego procesu. Okres realizacji: 01.2010-12.2010 2.2 Nadzorowanie stanu obrabiarek do HSM Opracowanie metod nadzorowanie stanu obrabiarek do HSM. Okres realizacji: 07.2011-06.2013 2.3 Układy diagnostyki stanu narzędzia i procesu skrawania dla przemysłu lotniczego Opracowanie metodyki budowy układów diagnostycznych dla konkretnych stanowisk produkcyjnych oraz konstrukcji i metodyki pracy sondy narzędziowej, umożliwiającej pomiary zużycia ostrza Okres realizacji: 07.2008-12.2013 ZB1 Opracowanie zaawansowanych procesów obróbki HSM trudnoobrabialnych stopów lotniczych 2

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych 2.1 Modelowanie procesów HSM Optymalizacja programu NC pod względem maksymalnego wykorzystania mocy wrzeciona – analiza stanu w firmach Doliny Lotniczej Model uproszczony (przegląd wytwarzanych lotniczych elementów integralnych) Wybór strategii frezowania Uproszczony schemat optymalizacji kodu CNC z wykorzystaniem komercyjnych narzędzi. programowanie toru ruchu narzędzia i symulacja danych w systemie CAM, opracowanie postprocesora i generowanie kodu CNC c) symulacja i optymalizacja kodu CNC uwzględniająca układ OUPN. Model uproszczony typu kieszeń (pocket) - programowanie toru Większość firm dobiera parametry obróbki wysokowydajnej lotniczych elementów konstrukcyjnych z stopów Al. w sposób katalogowy. Problemy pojawiają się podczas programowania toru ruchu narzędzia w systemach CAM. Optymalizacja polega w większości przypadków na ograniczaniu prędkości posuwowych w narożach oraz przyśpieszaniu na zewnętrznych konturach , oraz zmniejszaniu ilości wyjazdów ruchów jałowych, symulacji programów CNC wraz z kinematyką maszyny aby uniknąć kolizji programując wieloosiowąobróbkę. Pomija się układ OUPN a niejednokrotnie narzędzie pracuje w sposób nierównomierny, co powoduje zróżnicowany rozkład naddatku po obróbce zgrubnej -ap i ae. W większości przypadków wydajność maszyny nie jest w pełni wykorzystywana. Przedstawiona optymalizacja w kraju nie jest spotykana, większości z powodu krótkich czasów na wdrożenia i jednostkowych części. W dalszej części badań zostaną przedstawione wyniki z przeprowadzonych kolejnych symulacji oraz wyniki wdrożeń zoptymalizowanych programów CNC na maszynie. 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. 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 HSM Badania wpływu materiału narzędzia i promienia krawędzi skrawającej na siły skrawania przy frezowaniu stopu Ti6Al4V Symbol płytki Promień krawędzi skrawającej rn [mm] 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 Opis próby Narzędzie: frez firmy Sandvik z różnymi płytkami wymiennymi (tabela) Ciecz obróbkowa: emulsja 6% podawana przez ER narzędzia Parametry skrawania: 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] Kinematyka obrabiarki: Właściwości fizyczne stopu Ti-6Al-4V Ti6Al4V 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 Stanowisko pomiarowe: Wnioski : Wpływ promienia krawędzi skrawającej na siły skrawania (vc=200 m/min, ap=0,15mm, fz=0,1mm) Wpływ prędkości skrawania na składowe siły skrawania i chropowatość powierzchni Mikrostruktura Ti6Al4V Wnioski : mały promień krawędzi skrawającej powoduje zmniejszenie sił skrawania zwiększenie prędkości skrawania zwiększa siłę skrawania przy jednoczesnym zmniejszeniu chropowatości uzyskanej powierzchni Przekrój poprzeczny wzdłużny

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych 2.3 Układy diagnostyki stanu narzędzia i procesu skrawania dla przemysłu lotniczego Sonda narzędziowa z funkcją pomiaru zużycia ostrza Charakterystyka 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 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 Wnioski, plany: rozwiązanie gotowe do wdrożenia przemysłowego przygotowywane patenty publikacje – po patentach

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych 2.3 Układy diagnostyki stanu narzędzia i procesu skrawania dla przemysłu lotniczego Wizyjny układ diagnostyki zużycia ostrza 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

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

Dane do wskaźników realizacji celów projektu Referaty konferencyjne (zgłoszone) Tool Condition Monitoring in Rough Turning of Inconel 625 K. 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 Nowe trendy w obróbce wysokowydajnej (HPC) referat plenarny, zamawiany K. Jemielniak Monitorowanie stanu narzędzia skrawającego w oparciu o wiele miar sygnałów

Dane do wskaźników realizacji celów projektu 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.

Dane do wskaźników realizacji celów projektu Realizowane prace przejściowe magisterskie (1) Promotor: dr inż. Rafał Wypysiński Student: G. Derlikowski Tematyka: Wielozadaniowa sonda narzędziowa .

Dane do wskaźników realizacji celów projektu Realizowane prace inżynierskie (2) Promotor: dr inż. Sebastian Bombiński Student: J. Żaczek Tematyka: Badania doświadczalne zależności sił skrawania i emisji akustycznej od stanu narzędzia. Promotor: dr inż. Jarosław Chrzanowski Student: J. Głodek Tematyka: Tokarkowa sonda narzędziowa z dwoma czujnikami przemieszczenia Realizowane prace magisterskie (2) Promotor: dr inż. Mirosław Nejman Student: S. Lautsch Tematyka: Budowa układu diagnostyki do wykrywania KSO z wykorzystaniem modułu FPGA Promotor: Dr hab. inż. Romana E. Śliwa prof. ndzw. PRz. Student: P. Hajduk Tematyka: Nowoczesne rozwiązania technologiczne w wysokowydajnej obróbce stopów aluminium na przykładzie obróbki skrzynki przekładniowej

Dane do wskaźników realizacji celów projektu Realizowane prace doktorskie (4) Promotor: prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak Doktorant: mgr inż. Tomasz Urbański Temat: Automatyczna selekcja miar sygnałów do diagnostyki stanu narzędzi Promotor: prof. dr hab. inż. Maciej Szafarczyk Doktorant: mgr inż. Radosław Gościniak Temat: Metoda określania współrzędnych i zużycia ostrza i zużycia ostrza noża na tokarkach NC Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak Doktorant: mgr inż. Mariusz Mucha Tematyka: Technologiczne metody zwiększania wydajności 5-osiowego frezowania powierzchni krzywoliniowych Jedna praca w Politechnice Rzeszowskiej

Dane do wskaźników realizacji celów projektu 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"

Dane do wskaźników realizacji celów projektu 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 Oborski dr inż. Piotr Szulewski dr inż. Dominika Śniegulska-Grądzka dr inż. Rafał Wypysiński mgr inż. Radosław Gościniak – doktorant mgr inż. Bernard Nowak mgr inż. Mariusz Mucha mgr inż. Robert Ostrowski mgr inż. Tomasz Urbański – doktorant Jakub Żaczek – student Maciej Burmajster – student Grzegorz Derlikowski – student Tomasz 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 ostrza są gotowe do wdrożenia przemysłowego, będą opatentowane

Budowa prototypu wizyjnego układu diagnostyki stanu ostrza 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

Zadanie Badawcze 2 Modelowanie, konstruowanie i kontrolowanie procesu HSM z uwzględnieniem skonfigurowanego układu maszyna-przyrząd-detal Dziękuję za uwagę 18