Dişli üretimde kuvvet modellemesi ve titreşim esaslı hata tespiti

Abstract

Talaşlı imalat, başta havacılık, enerji, otomotiv ve medikal olmak üzere endüstride bir çok alanda tercih edilen çok yönlü ve hassas üretim yöntemidir. Talaşlı imalatta kesici takımın yüksek performansla istenilen özelliklerde ve maksimum takım ömründe talaş kaldırması istenmektedir. Talaş kaldırma esnasında oluşan kesme kuvveti bileşenlerinin doğru tahmini, kesme gücünün belirlenmesi, işleme hassasiyetinin geliştirilmesi, tezgah titreşimlerinin belirlenmesi ve iş parçası yüzey kalitesi ve geometrik hassasiyetin sağlanması için son derece önemlidir. Bununla beraber, imalatta kullanılan kesici takımların durumlarının izlenmesi, ürün kalitesini, üretimin sürekliliğini ve verimliliğini arttırmak için oldukça önemlidir. Bu çalışma modül freze yardımıyla dişli üretimi esnasında oluşan kesme kuvvetinin belirlenmesi ve kesici takımda oluşan lokal hataların titreşim esaslı durum izleme yöntemleriyle tespitine odaklanmıştır. Kesme kuvveti bileşenlerinin doğru belirlenmesi için öncelikle evolvent profile sahip kesici kenar modellemesi yapılmış ve Kienzle yaklaşımı kullanılarak kesme kuvveti bileşenleri doğru şekilde hesaplamıştır. Ayrıca, kullanılan yöntemin etkinliğini ve doğruluğunu kanıtlamak için farklı kesme koşullarında deneyler yapılmıştır. Sonuçlar kesme kuvveti bileşenlerinin önemli bir doğrulukla tahmin edilebildiğini kanıtlamıştır. Kesici takımın farklı dişlerinde oluşan lokal hataları tespit etmek amacıyla kesme esnasında oluşan titreşimler ivmemetreler yardımıyla toplanmıştır. Elde edilen titreşimlerinin zaman ve frekans bölgesi incelemelerinin yanında, sürekli dalgacık dönüşümü ve sınıflandırıcı algoritmaları kullanılarak takımdaki lokal hatalar tespit edilmiştir.

Machining is a versatile and precise production method which is preferred in many fields of industry, especially in aviation, energy, automotive and medical. In machining, it is desired that cutting tool should be used with high and maximum tool life. Accurate estimation of the cutting force components generated during chip removal is quite critical for the reasons including: cutting power, machining accuracy, machine vibrations, workpiece surface quality and geometric precision. However, monitoring of the condition of the cutting tools used in manufacturing is very important to increase the product quality, production continuity and efficiency.This study focuses on the determination of the cutting force generated during gear production using gear form cutter, and the determination of the local faults in the cutting tool by vibration based monitoring methods. In order to determine the cutting force components correctly, cutting edge with an involute profile was first generated and the cutting force components were then calculated correctly using the Kienzle approach. In addition, experiments were performed under different cutting conditions to prove the effectiveness and accuracy of the method used. The results proved that the cutting force components can be predicted with high accuracy. In order to determine the local faults in the different teeth of the cutting tool, the vibrations during the cutting were collected using accelerometers. In addition to the time and frequency domain analysis of the obtained vibrations, local seeded faults to cutting tool were determined by using continuous wavelet transform and classifier algorithms.