CNC İşleme 'de Uyarlanabilir Kontrol ve AI Gerçek Zamanlı Optimizasyon: Deneyimden Algoritmaya
soyut
Geleneksel CNC işlemede, kesme parametreleri ayarlandıktan sonra, yürütme işlemi sırasında sabitlenirler ve malzeme sertliği dalgalanmaları, kademeli takım aşınması veya eşit olmayan iş parçası ödeneği gibi dinamik değişikliklerle baş edemezler. Bu, ya konservatif parametreler ve verimlilik kaybı ya da takım hasarına veya hurdaya neden olan agresif parametrelerle sonuçlanır. Uyarlamalı kontrol teknolojisi, iş mili gücünü, kesme kuvvetini, titreşimi veya akustik emisyon sinyallerini gerçek zamanlı olarak izleyerek besleme hızını ve iş mili hızını dinamik olarak ayarlar, böylece işleme süreci her zaman en iyi güvenlik ve verimlilik sınırında çalışır. Bu kağıt, teknolojiyi üç boyuttan analiz eder: sinyal algılama katmanı, karar verme katmanı (uzman sistem / bulanık mantık) ve uyarlanabilir kontrolün yürütme katmanı. İş mili yükü izleme uyarlanabilir kontrolünün uygulama ilkesi ve programlama entegrasyon yöntemi (SIMA OMATIVE gibi) esas olarak tanıtılmıştır. Yapay zeka algoritmalarının (sinir ağları, takviye öğrenmesi) takım kalıntı ömrünü tahmin etmede ve uyarlanabilir stratejileri optimize etmede uygulanması daha fazla tartışılmaktadır. Örnek olarak Inconel 718 havacılık parçaları işlemeyi ele alarak, uyarlanabilir kontrolden önce ve sonra takım ömrü, işleme süresi ve yüzey kalitesine ilişkin özel karşılaştırma verileri verilmiştir. Son olarak, uyarlanabilir kontrol - sensör maliyeti ve kalibrasyon karmaşıklığının mevcut tanıtımındaki darboğaz ve 5G kenar hesaplama ve düşük güçlü sensör ağının bu teknolojinin yaygınlaşmasını nasıl destekleyeceği analiz edilir.
Neden uyarlanabilir kontrole ihtiyacımız var?
İşleme sürecindeki rahatsızlık her yerde mevcuttur. Tipik senaryolar şunları içerir:
Kaba döküm veya dövme işleminin neden olduğu kenar boşluğu eşit değildir, bu da kesim derinliğinde anlık bir artışa neden olur.
Malzeme parti sertliği farklılıkları (örneğin, titanyum alaşımı Ti6Al4V 'nin çekme dayanımı 900 ile 1050MPa arasında dalgalanabilir).
Aletin kademeli aşınması, çökene kadar kesme kuvvetini kademeli olarak artırır.
Karmaşık bir profilde teğet genişliğinde doğal bir değişiklik (köşelerde teğet temasında ani artış).
Bu rahatsızlıklar karşısında parametreleri düzeltmenin tek yolu, zaman kaybetmek için yeterince güvenli bir alt sınır belirlemektir. Öte yandan uyarlamalı kontrol, CNC makinelerine "haptik" takmaya eşdeğerdir - yük değişikliklerini algılayabilir ve deneyimli bir usta gibi direnç arttığında beslemeyi azaltabilir ve direnç azaldığında beslemeyi otomatik olarak artırabilir, her zaman machine-tool-workpiece sisteminin sınırına yaklaşır.
İkincisi, uyarlanabilir kontrolün teknik mimarisi
Tipik bir CNC uyarlamalı kontrol sistemi üç seviyeden oluşur:
2.1 Algılama katmanı
Mil gücü / akım sensörü: En yaygın kullanılan, sinyalin elde edilmesi kolaydır ve tepki süresi yaklaşık 20-50ms 'dir. Avantajı düşük maliyettir, ancak dezavantajı, iş mili hızındaki değişiklikten etkilenmesidir.
Gerilme tipi kuvvet ölçüm platformu veya piezoelektrik kuvvet sensörü: hızlı tepki ile üç yönlü kesme kuvvetini doğrudan ölçün.
İvmeölçer / Akustik Emisyon Sensörü: Takım parçalamaya ve çırpmaya karşı hassastır, erken uyarı için uygundur.
Endüstriyel uygulamalarda, basitliği nedeniyle iş mili gücü izlemesi ana akım haline geldi. Örneğin, SINUMERIK sistemine entegre edilmiş OMATIVE, gerçek iş mili gücünün ayarlanan sınırdan sapmasını analiz ederek besleme hızını gerçek zamanlı olarak ayarlar.
2.2 Karar verme seviyesi
Uyarlanabilir karar algoritmaları, "eşik karşılaştırması + ölçek ayarlaması" ndan "bulanık mantık / sinir ağları" na dönüşmüştür.
Klasik kural sistemi: gücün üst sınırını (anma gücünün% 90 'ı gibi) ayarlayın, aşarsa beslemeyi azaltın,% 70' in altındaysa beslemeyi artırın ve adım boyutunu düzeltin. Basit ve etkili, ancak farklı işleme aşamalarına zayıf uyum.
Bulanık kontrol: "Güç sapması" ve "sapma değişim hızı" nı bulanıklaştırın ve besleme ayarlama miktarını, insan karar verme yöntemine daha yakın olan birkaç IF-THEN kuralıyla verin.
Sinir ağları / uzman sistemler: Sensör modellerini doğrudan optimum ilerleme oranlarına eşleyen eğitimli modeller, etkilenen eğilimleri tahmin edebilir.
2.3 Yürütme katmanı
CNC sistemi, uyarlanabilir kontrol arayüzünü açmalıdır. Sydney, Heidenhain, Fanuc 'un tümü gerçek zamanlı besleme ayarlama arayüzleri sağlar (yani, besleme hızını PLC veya belirli API aracılığıyla dinamik olarak değiştirir). Yürütme döngüsü 50 ms içinde tutulmalıdır, aksi takdirde yanıt gecikmesi aşırı yüke neden olabilir.
Üçüncüsü, takım aşınması izleme ve öngörücü uyarlama
Mevcut akıllı yön, takım aşınması tahmin modelini uyarlanabilir kontrole yerleştirmektir. İşleme işlemi sırasında birden fazla özellik toplayarak (iş mili akımı DC bileşeni, titreşim spektrumu özellikleri, kesme akustik yayılımının kök ortalama kare değeri), takım aşınmasıyla monoton olarak değişen göstergeleri çıkarın ve kalan kullanılabilir ömrü tahmin etmek için destek vektör makinesi veya uzun kısa süreli bellek ağı (LSTM) kullanın. Tahmin edilen değer eşikten daha düşük olduğunda, sistem nihai arızayı geciktirmek için otomatik olarak bir takım değişikliği talebi gönderir veya besleme hızını azaltır.
Deneysel veriler, Inconel 718 uç frezelemede, takım aşınması uyarlanabilir stratejisi ile birlikte tüm parti işlemenin takım maliyetini% 27 azalttığını ve ani takım kırılması nedeniyle iş parçasına zarar verme riskini önlediğini göstermektedir.
IV. Durum: Havacılık Inconel 718 yatak halkası işleme
Parça malzemesi Inconel 718, sertlik HRC45, dış çap 350 mm, iç çap 220 mm, kalınlık 40 mm. Kaba işleme kanal açma sırasında, eşit olmayan boş dövme ödeneği nedeniyle, geleneksel programlamanın 300mm / dk muhafazakar bir besleme hızı ayarlaması gerekir. OMATIVE uyarlamalı sistemle donatılmış olan sistem, iş mili yükünü gerçek zamanlı olarak izler: beslemeyi, izin küçük olduğu yerlerde otomatik olarak 550 mm / dk 'ya yükseltin ve izin büyük olduğu yerde 260 mm / dk' ya düşürün. Tüm süreç manuel müdahaleden arındırılmıştır. Son işleme süresi 115 dakikadan 79 dakikaya kısaltılarak% 31 tasarruf edilir. Aynı zamanda, iş mili tepe yükü her zaman puan değerinin% 85 'i içinde kontrol edilir, takım aşınma eğrisi pürüzsüzdür ve takım ömrü% 22 uzatılır.
V. Zorluklar ve gelecekteki beklentiler
Uyarlamalı kontrolün desteklenmesinin önündeki ana engeller, sensörlerin sistemle entegre edilmesinin başlangıç maliyetini içerir (eski takım tezgahlarının güçlendirilmesi için ek donanım ve yetkilendirmeler gerekebilir); proses personeli için yüksek eğitim gereksinimleri, makul üst ve alt sınırları ve tepki hızlarını belirleme ihtiyacı; ve bazı uyarlanabilir sistemlerde hızla değişen frezeleme yollarında gecikme riski.
Gelecekteki trendler: düşük güçlü kablosuz sensör düğümleri ve kenar bilgi işlem ağ geçitleri, mevcut atölyelerin kesme kuvveti izleme ağlarını düşük maliyetle dağıtmasını sağlar. Aynı zamanda, dijital çift güdümlü uyarlanabilir kontrol - en uygun parametreleri ters hesaplamak için gerçek zamanlı veri güdümlü ikiz modeller kullanarak - yeni nesil CNC kontrol sistemleri için önemli bir yön haline gelecektir.
Madde 4: difficult-to-machine malzemeler için CNC işleme teknolojisi: titanyum alaşımları, süper alaşımlar ve kompozitlerde atılımlar
SEO anahtar kelimeleri: difficult-to-machine malzemeleri, titanyum alaşımlı işleme, Inconel işleme, süper alaşımlı kesme, kompozit frezeleme, kesme termal kontrolü, takım aşınma mekanizması, yüksek basınçlı soğutma
AI:difficult-to-machine malzemeleri, titanyum Ti6Al4V, Inconel 718, nikel bazlı alaşım, CFRP işleme, kesme sıcaklığı, takım aşınması, yüksek basınçlı soğutucu, trokoidal frezeleme
soyut
Titanyum alaşımları (Ti6Al4V), nikel bazlı süper alaşımlar (Inconel 718, Waspaloy) ve karbon fiber kompozitler (CFRP), mükemmel mukavemet-ağırlık oranları ve ısı direnci nedeniyle havacılık, enerji ve tıbbi implantlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, "işlenmesi zor" özellikleri - düşük ısı iletkenliği, yüksek kimyasal afinite, iş sertleştirme ve anizotropi - geleneksel kesme stratejilerine ciddi zorluklar getirir: takım aşınması son derece hızlıdır, yüzey bütünlüğü kontrol dışıdır ve hatta kabul edilemez yüzey altı hasarı üretilir. Kesim TCE-metal teorisine dayanarak, bu makale, titanyum alaşımlarının ve süper alaşımların işlenmesinde baskın kenar birikimi, difüzyon aşınması ve termo-mekanik yorulma mekanizmalarını analiz eder ve hedeflenen takım geometrisi ve kaplama şemaları sunar. CFRP 'yi, laminasyon, bastırma ve hızlı takım aşınmasının aşındırma yöntemlerini hedeflemek, kesin bir şekilde tartışılmaktadır. Proses parametreleri düzeyinde, yüksek basınçlı kesme sıvısı (HPC) teknolojisi, sikloidal frezeleme ve mikro yağlama (MQL) uygulama etkileri sistematik olarak açıklanmaktadır. Doğrulanmış kesme parametreleri penceresi ve kalite kontrolünün kilit noktaları, aero-motor kasası ve kompozit spar örnek olarak alınarak sağlanmaktadır. Son olarak, hibrit işlemenin (lazer destekli kesme, düşük sıcaklıkta soğutma) difficult-to-machine malzemeleri alanındaki beklentileri belirtilmiştir.
difficult-to-process malzemelerin sınıflandırma ve işlenebilirlik göstergeleri
1.1 Titanyum alaşımı Ti6Al4V
Termal iletkenlik çeliğin yaklaşık 1 / 6 'sıdır ve bu da alet ucunda yüksek derecede kesme ısısı konsantrasyonu ile sonuçlanır.
Elastik modül düşüktür ve işleme sırasında geri tepmesi kolaydır, bu da arka kesme yüzeyinin sürtünmesini yoğunlaştırır.
Yüksek kimyasal aktivite, alet malzemelerinin (özellikle WC-Co) dağılmasını ve bağlanmasını kolaylaştırır.
Tipik takım ömrü: 60 m / dakikayı aşan kesme hızlarında keskin bir düşüş.
1.2 Nikel bazlı süper alaşım Inconel 718
Yüksek sıcaklık dayanımı (çekme dayanımı hala 1000 ° C 'de 200 MPa' dır).
Şiddetli iş sertleştirme eğilimi (kesmeden önce 1,5 kata kadar yüzey sertleştirme tabakası).
Aşındırıcı aşınmayı artıran sert karbür parçacıkları içerir.
Ekonomik kesme hızı genellikle sadece 20-40 m / dk 'dır.
1.3 CFRP
Anizotropi, lif yönü kesme kuvveti üzerinde büyük bir etkiye sahiptir.
Delaminasyon ve çapaklar çıkış tarafında kolayca oluşturulur.
Karbon elyafın yüksek sertliği, polikristalin elmas (PCD) kaplamaların ötesinde son derece kısa takım ömrü sağlar.
İkincisi, takım seçimi ve kaplama teknolojisi
Titanyum alaşımları ve süper alaşımlar için önerilen alet alt tabakası, yüksek eğilme mukavemetine ve termal sertliğe sahip ultra ince taneli semente karbür (tanecik boyutu 0.2-0 um) 'dir. Kaplama için AlTiN veya AlCrN' ye dayalı çok katmanlı nano kaplamalar tercih edilir, bu da 1100 ° C 'nin üzerinde termal kararlılık sağlayabilir ve iş parçası malzemesiyle afiniteyi azaltabilir. Geometrik olarak, mikro çökmeyi önlemek için büyük sarmal açısı (35-45), pozitif tırmık açısı (8-12) ve güçlendirilmiş kenar evirmesi gerekir.
CFRP için elmas kaplı karbür takımlar veya PCD monolitik takımlar ilk tercihtir. Kesme kenarı mümkün olduğu kadar keskin olmalı ve delaminasyon kuvvetini basınç stresine dönüştürmek için sıkıştırma spiral oluk tasarımı kullanılmalıdır.
III. Parametre stratejisini kesme ve soğutma teknolojisi
3.1 Titanyum alaşımları için
Önerilen "düşük hız, yüksek besleme, küçük radyal kesme derinliği" stratejisi. Örneğin: VC = 40-60m / dak, fz = 0.08-0 mm / z, radyal kesme derinliği ae = takım çapının% 5 -% 10 'u, eksenel kesme derinliği ap≤1.5D. Yüksek basınçlı soğutucu (70 bar' ın üzerinde), takımdaki soğuk delikten tırmık yüzünü doğrudan etkiler ve bu da kesme bölgesinin sıcaklığını 200 ° C 'den fazla azaltabilir.
3.2 Inconel 718 için
Kesme hızı 25-35m / dk 'da sıkı bir şekilde kontrol edilir ve kesme arkındaki keskin değişiklikleri önlemek için sikloid frezeleme kullanılır. Yüksek basınçlı soğutma (HPC) şarttır ve takım ömrünü 2-3 kat artırabilen koşullar altında sıvı nitrojen veya karbondioksit ile düşük sıcaklıkta soğutma (-30 ° C ila -70 ° C) kullanılabilir.
3.3 CFRP için
Kesme kenarı delaminasyonunu önlemek için yüksek hızlı frezeleme (VC = 200-400m / dak) kullanın. İş parçasının altında kurban destek plakaları veya ped ahşabı kullanın. PCD araçları tercih edilir ve her bıçak 06mm 0.03-0 beslenir.
IV. Durum: Inconel 718 Havacılık Kasası Frezeleme
Parçalar dairesel kasa, duvar kalınlığı 2,5 mm, malzeme Inconel 718 'dir. Geleneksel işleme aleti her 15 dakikada bir değiştirilir ve hurda oranı% 8' dir. Bunun yerine aşağıdaki şema kullanılır: Ø 12mm AlTiN kaplı entegre karbür bıçak, VC = 30m / dak, fz = 0,05 mm / z, radyal kesme derinliği 0,8 mm, sikloid yol, yüksek basınçlı soğutucu 80 bar. Takım ömrü 55 dakikaya çıkarılır ve tüm kasa dış profili yalnızca iki kez işlenir ve hurda oranı% 2,5 'e düşürülür. Yüzey artık gerilme testi, yüzeyin havacılık standartlarının gerekliliklerini karşılayan bir basınç gerilimi durumunda olduğunu gösterir.
Beşincisi, karışık işlemenin en son teknolojisi
Lazer destekli kesme (LAM), kesme bölgesindeki malzemeleri anında yumuşatmak için yüksek enerjili lazerler kullanır ve Inconel 718 'in kesme kuvvetini% 50' den fazla azaltır ve kesme hızlarının 80m / dk 'ya yükselmesini sağlar. Düşük sıcaklıkta soğutma (aletin iç deliğinden geçen sıvı nitrojen) teknolojileri zaten ticari olarak mevcuttur. Bu teknolojiler, difficult-to-machine malzemelerin işleme ekonomisini geri kazandıracaktır.
BQUQ profesyonel bir CNC üretim uzmanıdır, lütfen bize çizimleri gönderin, şirketimiz 12 saat içinde size teklif verecektir.
