XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego Krakw 01 02 czerwca

XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego Kraków, 01 – 02 czerwca 2017 TECHNIKA WIRTUALNEGO PROTOTYPOWANIA WSPOMAGANEGO EKSPERYMENTEM W ZASTOSOWANIU DO POSZUKIWANIA OPTYMALNEJ PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ PODCZAS FREZOWANIA PRZEDMIOTÓW WIELKOGABARYTOWYCH Krzysztof J. KALIŃSKI, Marek GALEWSKI, Michał MAZUR, Natalia MORAWSKA PHS HYDROTOR S. A. , Tuchola 07 październik 2015 r.

Przykłady systemów obróbki wielkogabarytowej Obrabiarki w EPG w Gdyni 5 -osiowe karuzelowe centrum tokarsko frezarskie FKD 80/60 Y CNC 5 -osiowe płytowe centrum frezarskowytaczarskie FLF 16 CNC XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przykłady systemów obróbki wielkogabarytowej GAFAKO Gdynia IN-BUL Sierakowice Centrum frezarsko wytaczarskie SKODA XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przykłady systemów obróbki wielkogabarytowej Centrum Obróbki Elementów Wielkogabarytowych (COEW), P. H. S. HYDROTOR S. A. : – dwa portalowe centra MIKROMAT 20 V, umiejscowione w hali klimatyzowanej. Przeznaczenie: wysoko precyzyjna obróbka elementów wielkogabarytowych w jednym zamocowaniu; – współrzędnościowa maszyna pomiarowa ZEISS MMZG 30/60/20. Przeznaczenie: pomiar dużych korpusów, wałków, kół zębatych, które wymagają użycia precyzyjnych układów pomiarowych. – system CAD/CAM NX 7 Siemens. XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Aktualne badania Realizacja PROJEKTU TANGO 1/266350/NCBR/2015 „Zastosowanie wybranych rozwiązań mechatronicznych do nadzorowania procesu skrawania przedmiotów wielkogabarytowych na wieloosiowych centrach obróbkowych” XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Metody redukcji drgań związane z oddziaływaniem poprzez prędkość obrotową • Zwiększanie prędkości skrawania • Regulacja prędkości obrotowej wrzeciona z dopasowaniem do częstotliwości drgań własnych układu • Dopasowanie prędkości obrotowej wrzeciona do optymalnego kąta przesunięcia fazowego w kolejnych przejściach narzędzia • Sterowanie pulsacją prędkości obrotowej wrzeciona • Sterowanie optymalne prędkością obrotową wrzeciona • Sterowanie programowe prędkością obrotową wrzeciona Rezultaty nie zawsze zadowalające XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Optymalna prędkość obrotowa wrzeciona • Określenie optymalnej prędkości obrotowej wrzeciona – Prędkość optymalna – prędkość, przy której poziom drgań przedmiotu obrabianego jest najmniejszy • Na częstotliwość i amplitudę drgań mają wpływ własności dynamiczne przedmiotu obrabianego – W różnych obszarach przedmiotu mogą dominować inne postacie drgań – Konieczne jest określenie „mapy” opisującej prędkość optymalną dla każdego punktu przedmiotu XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Optymalna prędkość obrotowa wrzeciona Założenie. W widmie amplitudowym drgań przedmiotu występuje jedna dominująca częstotliwość drgań własnych • Minimalizacja pracy sił skrawania na kierunku grubości warstwy skrawanej – kryterium uogólnione (warunek Liao-Younga 1996) fα no z – częstotliwość drgań własnych przedmiotu obrabianego [Hz], – poszukiwana prędkość obrotowa wrzeciona [obr/min], – liczba ostrzy narzędzia W przypadku obróbki przedmiotów wielkogabarytowych jest to jedynie pierwsze przybliżenie Optymalnej prędkości obrotowej należy poszukiwać w warunkach dynamicznych XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Techniki projektowania mechatronicznego Uzasadnienie: podstawowa mapa optymalnych prędkości obrotowych nie spełnia wymagań 1. Wirtualne Prototypowanie (WP) 2. Wirtualne Prototypowanie Wspomagane Eksperymentem (WPWE) 3. Realizacja w Systemie Docelowym (RSD) XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Dynamika skrawania głowicą frezową Chwilowy punkt styku ostrza z przedmiotem obrabianym ES nr l Narzędzie wirujące z prędkością obrotową n Prędkość posuwu vf Główna i poprzeczna siła skrawania XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r. w płaszczyźnie ortogonalnej

Dynamika skrawania głowicą frezową Dynamiczny opór skrawania powierzchniowy właściwy Zmienna w czasie głębokość skrawania Zmienna w czasie grubość warstwy skrawanej Współczynniki siły skrawania XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Modelowanie hybrydowe Równanie dynamiki niestacjonarnego modelu procesu skrawania we współrzędnych hybrydowych podukład strukturalny podukład XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Krakówmodalny 01 -02 czerwca 2017 r.

Wirtualne Prototypowanie Wspomagane Eksperymentem XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Wyznaczanie Parametrów Podukładu Modalnego START Dyskretny model obiektu Teoretyczna analiza modalna Wyznaczenie: , , Negatywna Obiekt rzeczywisty Eksperymentalna analiza modalna Identyfikacja: , , Ocena zgodności Pozytywna STOP XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Wirtualne Prototypowanie Wspomagane Eksperymentem Podstawa analizy. Ocena symulowanych drgań przedmiotu obrabianego na podstawie: Ø wartości RMS przemieszczeń w dziedzinie czasu Ø wartości dominujących „szczytów” w widmie amplitudowym Potwierdzenie skuteczności nadzorowania drgań narzędzie-przedmiot obrabiany w procesie obróbki przedmiotów testowych dla danych procesowych, z wykorzystaniem optymalnej prędkości obrotowej wrzeciona oraz techniki WPWE. XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przykład. Przedmiot testowy 440424 PHS HYDROTOR w Tucholi 2 8 × 5 9 12 × 11 × 3 1 XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przykład. Przedmiot testowy 440424 PHS HYDROTOR w Tucholi 7 6 10 1 4 XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przykład. Przedmiot testowy 440424 PHS HYDROTOR w Tucholi XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przykład. Przedmiot testowy 440424 PHS HYDROTOR w Tucholi Macierz współczynników MAC 0. 92 0. 15 0. 05 0. 11 0. 01 0. 18 0. 82 0. 55 0. 19 0. 01 0. 89 0. 25 0. 03 0. 12 0. 00 0. 04 0. 48 0. 94 0. 03 0. 04 0. 08 0. 02 0. 05 0. 10 0. 09 0. 17 0. 02 0. 09 0. 31 0. 04 0. 09 0. 03 0. 71 0. 04 0. 02 0. 04 0. 01 0. 00 0. 78 0. 01 0. 03 0. 19 0. 01 0. 05 0. 00 0. 16 0. 12 0. 11 0. 78 Ocena zgodności częstotliwości drgań własnych p-LSCFD 170. 241 239. 520 275. 575 569. 708 663. 311 Model obliczeniowy 170. 341 237. 782 266. 627 275. 869 392. 373 542. 676 588. 824 681. 015 748. 006 780. 266 MEDINA + PERMAS XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przykład. Przedmiot testowy 440424 PHS HYDROTOR w Tucholi Współczynniki sztywności podpór: 1 -3 [N/mm], 4 -6 [N mm]. Obróbka zgrubna 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przykład. Przedmiot testowy 440424 PHS HYDROTOR w Tucholi Współczynniki sztywności podpór: 1 -3 [N/mm], 4 -6 [N mm]. Obróbka dokładna 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przedmiot testowy 440424 PHS HYDROTOR w Tucholi. Symulacje modelu hybrydowego Frezowanie czołowe prowadnicy 2. Drgania względne w umownym punkcie styku narzędzia z przedmiotem S w kierunku normalnym do powierzchni obrabianej. Obróbka zgrubna Zespół narzędziowy T 13, głowica frezowa SECO Z 6 63 Liczba ostrzy głowicy frezowej z = 6 Średnica podziałowa głowicy D= 63 mm Prędkość obrotowa n = 1112 obr/min Prędkość posuwu vf = 1112 m/min Długość prowadnicy ld = 956 mm Problem: Poszukiwanie optymalnej prędkości obrotowej wrzeciona dla zidentyfikowanych współczynników sztywności zamocowania przedmiotu obrabianego XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przedmiot testowy 440424 PHS HYDROTOR w Tucholi. Symulacje modelu hybrydowego Głębokość skrawania ap = 2, 25 mm XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przedmiot testowy 440424 PHS HYDROTOR w Tucholi. Symulacje modelu hybrydowego Głębokość skrawania ap = 2, 25 mm minimalne „przesterowanie” XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przedmiot testowy 440424 PHS HYDROTOR w Tucholi. Symulacje modelu hybrydowego Głębokość skrawania ap = 0, 2 mm XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przedmiot testowy 440424 PHS HYDROTOR w Tucholi. Symulacje modelu hybrydowego Głębokość skrawania ap = 0, 2 mm minimalne „przesterowanie” XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przedmiot testowy 440424 PHS HYDROTOR w Tucholi. Symulacje modelu hybrydowego Frezowanie czołowe prowadnicy 2. Drgania względne w umownym punkcie styku narzędzia z przedmiotem S w kierunku normalnym do powierzchni obrabianej. Obróbka dokładna Zespół narzędziowy T 13, głowica frezowa Sandvik Z 5 63 Głębokość skrawania ap = 0, 03 mm Liczba ostrzy głowicy frezowej z = 5 Średnica podziałowa głowicy D= 63 mm Prędkość obrotowa n = 1112 obr/min Prędkość posuwu vf = 1112 m/min Długość prowadnicy ld = 956 mm Problem: Poszukiwanie optymalnej prędkości obrotowej wrzeciona dla zidentyfikowanych współczynników sztywności zamocowania przedmiotu obrabianego XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przedmiot testowy 440424 PHS HYDROTOR w Tucholi. Symulacje modelu hybrydowego XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przedmiot testowy 440424 PHS HYDROTOR w Tucholi. Symulacje modelu hybrydowego nopt dla wszystkich ap XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przedmiot testowy 440424 PHS HYDROTOR w Tucholi. Symulacje modelu hybrydowego XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Przedmiot testowy 440424 PHS HYDROTOR w Tucholi. Symulacje modelu hybrydowego XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Perspektywy zastosowań przemysłowych Uproszczona procedura B+R Opis czynności Czas realizacji Badania modalne przedmiotu na obrabiarce, ograniczone do powierzchni obrabianych. Rezultat: parametry modelu modalnego m Zm m ok. 1 h Symulacja niestacjonarnego modelu hybrydowego procesu obróbkowego Rezultat: optymalna prędkość obrotowa wrzeciona ok. 62” (generic – wersja uniwersalna) ok. 50” (native) ok. 0, 5 h. po automatyzacji RAZEM: ok. 50’ 40” (generic) ok. 46’ 40” (native) Uwagi Eliminacja elementów czasochłonnych: - tworzenie modelu MES podukładu modalnego, - ocena zgodności (walidacja) Oprogramowanie autorskie: - MSYS 2 Min. GW 64 -bit (Fortran) - MATLAB R 2015 a 20 symulacji XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.

Perspektywy zastosowań przemysłowych Badania klasyczne („pracą”) Czas obróbki: 60” Czas ustawienia prędkości obrotowej n i prędkości posuwu vf: 180” Łączny czas zabiegu obróbkowego: 240” Liczba realizacji: 20 Łączny czas badań: 1 h 20’, 2 -krotnie dłuższy Ponadto, badania „pracą” wymagają poniesienia kosztów zużytego przedmiotu obrabianego !!! XVII Warsztaty Projektowania Mechatronicznego, Kraków 01 -02 czerwca 2017 r.