AL 7075 Malzemenin CNC Frezeleme İşleminde Oluşan Isıl Hataların CAD/CAM ve Sonlu Elemanlar Analizi ile Düzeltilerek İyileştirilmesi

Yıl 2022, Cilt: 38 Sayı: 3, 628 - 641, 30.12.2022

Şaban Murat Ünlü , Eyüp Sabri Topal , Ömer Faruk Ergin , Mustafa Gül

Öz

Bu çalışmada CNC frezeleme işleminde ısıl değişimlerden kaynaklanan işleme hatasının incelenmesi ve düzeltilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla iş parçası CAD modelinin ısıl genleşme/büzülme davranışı sonlu elemanlar yöntemiyle (FEA) analiz edilmiş ve iş parçası CAD modeli bu analiz sonuçlarına göre “imalat ortamı hangi sıcaklıkta olursa olsun iş parçası tam boyutlarında işlenecek şekilde” revize edilmiştir. Revizyon işlemi için bilgisayar destekli analiz modülü ile CAD modülünü entegre eden yeni bir yazılım geliştirilmiştir. Bu yazılım ile ısıl analiz sonuçları dikkate alınarak iş parçası CAD modeli yeniden yapılandırılmıştır. Revize edilmiş yeni CAD modeli üzerinde gerçekleştirilen CAM uygulaması ile hatayı düzeltecek alternatif CNC işleme kodları elde edilmiştir. Özdeş numuneler farklı imalat ortamı sıcaklıklarında işlenerek düzeltme stratejisinin performansının tekrarlanabilirliği araştırılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda Al7075 malzeme için %84 oranında başarı ile işleme hataları indirgenmiştir. Geliştirilen yöntemle talaşlı imalat sektöründe yüksek boyutsal kalitede parça üretebilmek için halen kullanılmakta olan, ortamın sürekli ideal sıcaklıkta (22 oC) kalması için klimatize edilmiş ve yalıtılmış atölyeler oluşturulmasına ihtiyaç kalmayacak, imalat ortamları hangi sıcaklıkta bulunursa bulunsun yüksek boyutsal tamlıkta ürünlerin üretimi ek maliyetlere katlanmaksızın mümkün olacaktır.

Anahtar Kelimeler

Frezeleme, Isıl Hata İndirgeme, Sonlu Eleman Analizi, Bilgisayar Destekli Tasarım, Bilgisayar Destekli İmalat

Proje Numarası

FBD-12-4062

Kaynakça

• [1] Sortino, M., Belfio, S., Motyl, B., Totis, G., 2014. Compensation of geometrical errors of CAM/CNC machined parts by means of 3D workpiece model adaptation. Computer-Aided Design, 48, 28-38.
• [2] Bosetti, P., Bruschi, S., 2011. Enhancing positioning accuracy of CNC machine tools by means of direct measurement of deformation. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 58, (5-8), 651-662.
• [3] Bryan, J.,1990. International Status of Thermal Error Research. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 1 39 (2), 645-656.
• [4] Ni, J., 1997. CNC Machine Accuracy Enhancement Through Real-Time Error Compensation. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 119 (4B), 717-725.
• [5] Wang, W., Zhang, Y., Yang, J., Zhang, Y., Yuan, F., 2012. Geometric and thermal error compensation for CNC milling machines based on the Newton interpolation method. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 227 (4), 771-778.
• [6] Weck, M., McKeown, P., Bonse, R., Herbst, U., 1995. Reduction and Compensation of Thermal Errors in Machine Tools. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 44 (2), 589-598.
• [7] Wang, W., Zhang, Y., Fan, K., Yang, J., 2015. A Fourier Series-Neural Network Based Real-Time Compensation Approach for Geometric and Thermal Errors of CNC Milling Machines. Advances in Mechanical Engineering, 5 (0), 357920-357920.
• [8] Zhang, J., Feng, P., Chen, C., Yu, D., Wu, Z., 2013. A method for thermal performance modelling and simulation of machine tools. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 68 (5-8), 1517-1527.
• [9] Ramesh, R., Mannan, M. A., Poo, A. N., 2000. Error compensation in machine tools - a review Part II: thermal errors. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 40 (9), 1257-1284.
• [10] Kang, Y., Chang, C.-W., Huang, Y., Hsu, C.-L., Nieh, I. F., 2007. Modification of a neural network utilizing hybrid filters for the compensation of thermal deformation in machine tools. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 47 (2), 376-387.
• [11] Yuan, J., Ni, J., 1998. The real-time error compensation technique for CNC machining systems. Mechatronics, 8 (4), 359-380.
• [12] Yang, J., Yuan, J., Ni, J., 1999. Thermal error mode analysis and robust modeling for error compensation on a CNC turning center. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 39 (9), 1367-1381.
• [13] Mayr, J., Jedrzejewski, J., Uhlmann, E., Alkan Donmez, M., Knapp, W., Härtig, F., Wendt, K., Moriwaki, T., Shore, P., Schmitt, R., Brecher, C., Würz, T., Wegener, K., 2012. Thermal issues in machine tools. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 61 (2), 771-791.
• [14] Eskandari, S., Arezoo, B., Abdullah, A., 2012. Positional, geometrical, and thermal errors compensation by tool path modification using three methods of regression, neural networks, and fuzzy logic. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 65 (9-12), 1635-1649.
• [15] Tseng, P.-C., Chen, S.-L., 2002. The neural-fuzzy thermal error compensation controller on CNC machining center. JSME International Journal Series C Mechanical Systems, Machine Elements and Manufacturing, 45 (2), 470-478.
• [16] Abdulshahed, A. M., Longstaff, A. P., Fletcher, S., 2015. The application of ANFIS prediction models for thermal error compensation on CNC machine tools. Applied Soft Computing, 27, 158-168.
• [17] Fan, K., Yang, J., Yang, L., 2015. Unified error model based spatial error compensation for four types of CNC machining center: Part I—Singular function based unified error model. Mechanical Systems and Signal Processing, 60–61 (0), 656-667.
• [18] Qianjian, G., Jianguo, Y., Application of projection pursuit regression to thermal error modeling of a CNC machine tool. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2010, 55: (5-8): 623-629.
• [19] Yao, X., Fu, J., Xu, Y., He, Y., 2013. Synthetic Error Modeling for NC Machine Tools based on Intelligent Technology. Procedia CIRP, 10, 91-97.
• [20] Zhang, J. F., Feng, P. F., Chen, C., Yu, D. W., Wu, Z. J., 2013. A method for thermal performance modeling and simulation of machine tools. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 68 (5-8), 1517-1527.
• [21] Miao, E.-M., Gong, Y.-Y., Niu, P.-C., Ji, C.-Z., Chen, H.-D., 2013. Robustness of thermal error compensation modeling models of CNC machine tools. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 69 (9-12), 2593-2603.
• [22] Schwenke, H., Knapp, W., Haitjema, H., Weckenmann, A., Schmitt, R., Delbressine, F., 2008. Geometric error measurement and compensation of machines—An update. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 57 (2), 660-675.
• [23] Chen, B., Zhang, X., Zhang, H., He, X., Xu, M., 2014. Investigation of error separation for three-dimensional profile rotary measuring system. Measurement, 47, 627-632.
• [24] Yang, Z., Sun, M., Li, W., Liang, W., 2010. Modified Elman network for thermal deformation compensation modeling in machine tools. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 54 (5-8), 669-676.
• [25] Fan, K.-C., Chen, H.-M., Kuo, T.-H., 2012. Prediction of machining accuracy degradation of machine tools. Precision Engineering, 36 (2), 288-298.