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.
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik WytwarzaniaZakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych
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
Fc,
Ff [
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, F
f [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
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik WytwarzaniaZakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
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
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
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik WytwarzaniaZakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych
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
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik WytwarzaniaZakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
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
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik WytwarzaniaZakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Dane do wskaźników realizacji celów projektu
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
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik WytwarzaniaZakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
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.
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik WytwarzaniaZakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Dane do wskaźników realizacji celów projektu
Realizowane prace przejściowe magisterskie (1)
Promotor: dr inż. Rafał WypysińskiStudent: G. Derlikowski
Tematyka: Wielozadaniowa sonda narzędziowa .
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik WytwarzaniaZakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Dane do wskaźników realizacji celów projektu
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
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik WytwarzaniaZakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Dane do wskaźników realizacji celów projektu
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
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik WytwarzaniaZakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
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"
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik WytwarzaniaZakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
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 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
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik WytwarzaniaZakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
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
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik WytwarzaniaZakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
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
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik WytwarzaniaZakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
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
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik WytwarzaniaZakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Dziękuję za uwagę
Zadanie Badawcze 2
Modelowanie, konstruowanie i kontrolowanie procesu HSM z uwzględnieniem skonfigurowanego układu maszyna-przyrząd-detal