Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo, Smetanova 17, 2000 Maribor,

1. ADAPTIVNO VODENJE PROCESA OBLIKOVNEGA FREZANJA Z UPORABO NEVRONSKIH MREŽ Uroš ŽUPERL, Edi KIKER Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo, Smetanova 17, 2000 Maribor, Laboratorij za Mehatroniko E-mail: uros.zuperl@uni-mb.si Maribor, april 2005

2. 2 1 3 4 5 7 6 VSEBINA PREDSTAVITVE FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO UVOD-problematika optimiranja ZGRADBA, PRINCIP DELOVANJA IN UPORABNOST SISTEMA ZA ADAPTIVNO VODENJE PROCESA FREZANJA PREDSTAVITEV >> USMERJENA NEVRONSKA KRMILNA SHEMA (UNKS) UVOD SISTEM SIMULATOR CNC-FREZANJA • VODENJE • SIMULATOR EKSPERIMENTALNA OPREMA • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI EKSPERIMENTOV REZULTATI ZAKLJUČEK ZAKLJUČEK

3. UVOD-problematika optimiranja FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO Glavna slabost modernih obdelovalnih CNC sistemov je : • rezalni parametri se še vedno določajo posredno (v off-line načinu) • proces optimiranja ločen od procesa odrezavanja. • Njihova izbira pa povsem zavisi od izkušenj in znanja programerja oz. od natančnosti softvera, ki ga uporablja. • Da ne pride do poškodb orodja, obdelovanca ali stroja, so parametri ponavadi izbrani ekstremno konzervativno. • Rezultat -moderni CNC stroji so neučinkoviti in delujejo pri rezalnih pogojih, ki so daleč od optimalnih • Rešitev -rezalne pogoje je potrebno popravljati med samim procesom obdelave UVOD >> SISTEM • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI ZAKLJUČEK

4. REŠITEV FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO • sistem za adaptivno nastavljanje rezalnih pogojev med procesom oblikovnega frezanja • sistem vodenja, ki z digitalno adaptacijo rezalnih parametrov: • nadzoruje rezalno silo in • ohranja konstantno hrapavost obdelane površine. • proces optimiranja teče sočasno s procesom obdelave! UVOD SISTEM >> • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI ZAKLJUČEK

5. PRINCIP DELOVANJA SISTEMA FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO POSREDNO (OFF-LINE) OPTIMIRANJE Daljši čas obdelave! UVOD SISTEM >> • VODENJE • SIMULATOR ON-LINE NASTAVLJANJE REZALNIH POGOJEV • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI ZAKLJUČEK CILJ-KONSTANTEN PRESEK ODREZKA-(KONSTANTNO REZALNO SILO) NA ORODJU!

6. SISTEM ZA ADAPTIVNO VODENJE PROCESA FREZANJA FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO Program za izbiro priporočenih rezalnih pogojev UVOD PRIPOROČENI REZ. POGOJI SISTEM >> POSREDNO (OFF-LINE) OPTIMIRANJE Pro ENGINEER • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. ON-LINE NASTAVLJANJE REZ. POGOJEV NC • EKSP. OPREMA REZULTATI Sistem vodenja (regulator) ZAKLJUČEK

7. Program za izbiro priporočenih rezalnih pogojev FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO UVOD SISTEM >> • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI ZAKLJUČEK

8. SISTEM ZA ADAPTIVNO VODENJE PROCESA FREZANJA FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO Program za izbiro priporočenih rezalnih pogojev CILJI • stroj maks. izkoriščen • MRR-maksimalna • konstantna rezalna sila. MOTNJE • obraba orodja • temp. sprememb. na orodju • nehomogenost osn. mat. • drdranje, vibracije UVOD PRIPOROČENI REZ. POGOJI SISTEM >> POSREDNO (OFF-LINE) OPTIMIRANJE Pro ENGINEER • VODENJE PODATKI ORODJA • SIMULATOR • NADZORNA PL. ON-LINE NASTAVLJANJE REZ. POGOJEV NC • EKSP. OPREMA REZULTATI Sistem vodenja (regulator) Fref Raref RS-232 ZAKLJUČEK

9. UPORABNOST SISTEMA FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO Smer podajanja Višek materiala UVOD Podajanje SISTEM >> Končni izdelek • VODENJE + + • SIMULATOR Korigirano podajanje • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA - - - REZULTATI Pred-programirano podajanje ZAKLJUČEK (NC-program) Varovanje orodja Varovanje orodja Manjši obdelovalni stroški

10. UPORABNOST SISTEMA-GLOBOKO VRTANJE FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO Smer vrtanja UVOD Vključek povečanje trdote SISTEM >> • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. Pomik • EKSP. OPREMA Adaptivno vrtanje REZULTATI Podajanje ZAKLJUČEK Klasično vrtanje Varovanje orodja

11. UPORABNOST SISTEMA-STRUŽENJE FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO Višek materiala UVOD SISTEM >> • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI Podajanje ZAKLJUČEK Varovanje orodja Varovanje orodja

12. UNKS - Sistem vodenja FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO 2. del UVOD SISTEM • VODENJE >> • SIMULATOR • NADZORNA PL. 1. del • EKSP. OPREMA REZULTATI ZAKLJUČEK 3. del

13. SIMULATOR CNC-FREZANJA FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO UVOD SISTEM • VODENJE • SIMULATOR >> • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI ZAKLJUČEK

14. SIMULACIJSKI MODEL CNC-FREZANJA FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO UVOD SISTEM • VODENJE • SIMULATOR >> • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI ZAKLJUČEK

15. SIMULACIJSKI MODEL CNC-FREZANJA FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO UVOD SISTEM • VODENJE • SIMULATOR >> • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI ZAKLJUČEK

16. SIMULACIJSKI MODEL CNC-FREZANJA FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO UVOD SISTEM • VODENJE • SIMULATOR >> • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI ZAKLJUČEK

17. NADZORNO-UPRAVLJALNA PLOŠČA SISTEMA FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO UVOD SISTEM • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. > • EKSP. OPREMA REZULTATI ZAKLJUČEK

18. DATA AQUISITION krogelno oblikovno frezalo; R216-16B20-040, CM-D20-A-C20 stebelno karbidno frezalo EC120A25-4C12 EKSPERIMENTALNA OPREMA FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO Obdelovanci Orodje Nabojni ojačevalec Krmilje FAGOR 8040-M UVOD Dinamometer Kistler 9255 Heller BEA 1 SISTEM A/D pretvornik • VODENJE • SIMULATOR RS-232 PC • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA > REZULTATI KRMILNI SOFTVER ZAKLJUČEK Kartica PC-MIO-16E-4

19. EKSPERIMENTALNA OPREMA FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA ODREZAVANJE UVOD SISTEM • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA > REZULTATI ZAKLJUČEK

20. EKSPERIMENTALNA OPREMA FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA ODREZAVANJE UVOD SISTEM • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA > REZULTATI ZAKLJUČEK

21. CNC-KRMILJE FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA ODREZAVANJE UVOD SISTEM • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA > REZULTATI ZAKLJUČEK

22. IZVEDENI EKSPERIMENTI FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO 1. Frezanje sinusnega utora 2. Stopničasti obdelovanec UVOD SISTEM 4. Kotna obdelava • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. 3. Prizmatični obdelovanec • EKSP. OPREMA > REZULTATI ZAKLJUČEK Profil B

23. REZULTATI - EKSPERIMENT-1 FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO Fref = 650 N UVOD SISTEM • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI >> ZAKLJUČEK

24. REZULTATI - EKSPERIMENT-2 FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO Fref = 650 N UVOD SISTEM • VODENJE • SIMULATOR On-line • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI >> ZAKLJUČEK

25. EKSPERIMENT-3 PRIZMATIČNI OBDELOVANEC FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO Frezanje z adaptivnim sistemom Klasično frezanje UVOD SISTEM • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI >> ZAKLJUČEK Smer frezanja

26. REZULTATI - PRIZMATIČNI OBDELOVANEC FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO MRR*10 [cm3/min] UVOD Fref = 250 N SISTEM • VODENJE Rez. sila [N] On-line nastavljanje podajanja • SIMULATOR Klasično frezanje • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI >> 40% večja učinkovitost ZAKLJUČEK Podajanje [mm/zob] Potek MRR, rezult. rezalne sile in podajanja pri: a) klasičnem frezanju; b) on-line adaptaciji podajanja

27. REZULTATI IN UGOTOVITVE FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO • eksp. rezultati se ujemajo s simulacijami (maks. napaka 8%), • sistem je stabilen, • signali maksimalnih rezalnih sil so v korelaciji z Ra, • učinkovitost procesa se poveča za 30-40%, • maksimalno odstopanje vodene rezalne sile od referenčne je 4.9%, • sistem je najbolj učinkovit pri kopirnem frezanju, kjer hrapavost ne preseže 1.1 m UVOD SISTEM • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI >> ZAKLJUČEK

28. PREDNOSTI SISTEMA FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO • Na osnovi obsežnih testiranj ugotovimo, da je prikazan sistem vodenja zelo primeren za regulacijo rezalne sile S sistemom dosežemo: • večjo izdelovalno natančnost, • produktivnost, fleksibilnost in stroškovno ugodno proizvodnjo, • krajši obdelovalni časi, • preprečimo poškodbe orodja, • avtomatiziramo proces, • razbremenitev programerja in operaterja stroja, • vodenje procesa preko Interneta. UVOD SISTEM • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI >> ZAKLJUČEK

29. ZAKLJUČEK FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO • Predstavljen je sistem za on-line nastavljanje rezalnih parametrov: • Sistem zagotavlja: • nadzor rezalne sile in ohranjanje konstantne hrapavosti obdelane površine med frezanjem, • prepreči prekomerno obraba orodja, • namenjen je predvsem nadgrajevanju obstoječih NC strojev, • Prikazana je uporaba UNM in mehke logike pri modeliranju, optimiranju in adaptivnemu vodenju procesa frezanja. UVOD SISTEM • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI ZAKLJUČEK

30. HVALA ZA POZORNOST

31. PREDNOSTI UNKS FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO • shemo je moč realizirati brez poznavanja eksplicitnega algoritma vodenja, • za učenje potrebuje malo predhodnega znanja, • ima sposobnost generaliziranja, • stabilno vodenje doseže z učenjem. UVOD SISTEM • VODENJE >> • SIMULATOR • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI ZAKLJUČEK

32. POSTOPEK IZDELAVE SISTEMA FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA MEHATRONIKO • razviti programsko opremo za zajemanje rezalnih sil, • izdelati softver za izbiro priporočenih rezalnih parametrov, • izbrati ustrezen sistem vodenja (regulator UNKS), • izdelati simulacijski model CNC frezanja, • s simulacijami uglasiti parametre regulatorja ter analizirati njegovo stabilnost, • vzpostaviti komunikacijo s CNC krmiljem, • eksperimentalno testirati sistem na stroju Heller BEA 1. UVOD SISTEM >> • VODENJE • SIMULATOR • NADZORNA PL. • EKSP. OPREMA REZULTATI ZAKLJUČEK

33. NEVRONSKI MODEL REZALNIH SIL FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA ODREZAVANJE Simulator dinamike odrezavanja PREDSTAVITEV VSEBINA IN CILJI SISTEM • UNKS • ANfis SISTEM • SIMULATOR >> • DARP REZULTATI SKLEPI

34. Povečanje obremenitve zoba frezala MODEL PODAJALNEGA SERVO-SISTEMA FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO LABORATORIJ ZA ODREZAVANJE • Dinamika podajalnega servo-sistema: Zahtevano podajanje Dejansko podajanje PREDSTAVITEV OPTIMIRANJE SISTEM • VODENJE • ANfis SISTEM • SIMULATOR >> • NADZORNA PL. REZULTATI SKLEPI Odziv servo-sistema na skočno spremembo podajanja (od 9.5 na 21 mm/s)