Bitirme Operasyonunda Kesme Parametrelerine Göre Yüzey Pürüzlülüğünün Gerçek Zamanlı Kontrolü

Transkript

1 Bitirme Operasyonunda Kesme Parametrelerine Göre Yüzey Pürüzlülüğünün Gerçek Zamanlı Kontrolü Ö.Taga * Z. Kıral K. Yaman Dokuz Eylül Üniversitesi Dokuz Eylül Üniversitesi TÜBİTAK-SAGE İzmir İzmir Ankara Özet Bu çalışmada, talaşlı imalatta hassas yüzey kalitesi gerektiren işlerde önemli bir ölçüt olan yüzey pürüzlülüğünün, işleme sırasında gerçek zamanlı kontrolüne dayanan uzman bir sistem kurularak, en iyi ilerleme hızı ve iş mili devrinin belirlenmesi suretiyle istenilen yüzey formunun elde edilmesi amaçlanmıştır. Belirtilen amaç doğrultusunda, ilk olarak sistemin çalışma prensibini belirleyen bir algoritma geliştirilmiştir. Bu algoritmaya göre kaba işleme yapılan yüzeyde yüzey pürüzlülüğü ölçümü ile en iyi işleme parametrelerinin önceden tayin edilerek, sisteme dış bir müdahale gerektirmeden sistemin belirlenen bu optimum parametrelere göre bitirme (finiş) operasyonunu gerçekleştirmesi sağlanmıştır. Son kısımda da uzman sistemin müdahalesi öncesi ve sonrası yüzey kaliteleri incelenip, sistemin doğrulaması gerçekleştirilmiştir. Anahtar kelimeler: yüzey pürüzlülüğü, kesme parametreleri, yapay sinir ağları, gerçek zamanlı kontrol Abstract In this study, surface roughness is an important criterion to be required high quality surface created an expert system based on the real-time control during machining process so that the optimum feed rate and spindle speed are determined according to get desired surface quality. For this purpose, firstly an algorithm which determines the operating principle of the system is developed. According to algorithm, optimum cutting parameters were predicted for end milling (finishing) operation by measuring rough machining surface roughness and the end milling operation was performed with specified cutting parameters. In the last part of the study, surface quality was observed during the machining process after and before the intervention of expert system before and after and system validation was carried out. Keywords: surface roughness, cutting parameters, artificial neural network, real time control I.Giriş 1 Yüzey işleme, talaşlı imalatın en önemli konularından birisidir. Black, metal kesmeyi; istenilen ölçüde, şekilde ve yüzey pürüzlülüğünde son ürün elde etmek için iş * ozer.taga@tubitak.gov.tr zeki.kiral@deu.edu.tr kemal.yaman@tubitak.gov.tr parçasından metal talaş kaldırma olarak tanımlar [1]. Yüzey işleme kalıp, otomotiv, havacılık ve savunma sanayii gibi alanlarda çok yaygın olarak uygulanan bir yöntemdir. Özellikle hassas yüzey kalitesi gerektiren havacılık ve savunma sanayii gibi sektörlerde, kontrollü yüzey işleme çok daha önemli bir hale gelmiştir. Günümüzde gelişen işleme teknolojisiyle birlikte pek çok farklı amaç için tezgah ve makinalar geliştirilmektedir. Değişen koşullarla birlikte seri imalatın her alanda yayılması, rekabet ortamı ve yüksek üretim isterleri doğrultusunda takım, tezgah işleme zamanı ve kalite kontrol maliyetleri de çok daha önem arz etmektedir. Özellikle Sayısal Kontrollü Tezgahların (CNC) artmasıyla birlikte hassasiyeti yüksek, daha az zamanda, daha az maliyetli parça üretilmesini mümkün kılmıştır, buna karşın tezgah titreşimleri, takım aşınmaları ve yanlış kesme parametreleri bu teknolojinin istenilen verimlilikte kullanılmasına engel olan unsurlar olarak ön plana çıkmaktadır. Günümüzde İşleme teknolojilerinde gelinen en son noktada çok karmaşık geometriler çok daha hızlı ve boyutsal doğrulukta işlenebilirken yüzey pürüzlülüğü konusunda henüz istenen olgunluğa ulaşılmış değildir. Yapılan çalışmalara bakıldığında, öncelikle kesme parametreleri ile yüzey pürüzlülüğü arasındaki ilişki; özellikle iş mili devri, ilerleme ve kesme derinliğinin yüzey pürüzlülüğüne olan etkileri incelenmiştir. Deneysel çalışmalar ile kesme parametrelerinin değişimine bağlı olarak yüzey pürüzlülüğünün tayini farklı yöntemlerle belirlenmiştir. Özellikle yapılan çalışmaların gelecek çalışmalar kısmında bu yöntemlerin işleme sırasında yapılabileceğinden bahsedilmiştir. Rosales ve arkadaşları kesme parametreleri dışında işleme sırasında oluşan kesme kuvvetlerini ölçerek yüzey pürüzlülüğü tahmini yoluna gitmişlerdir[2]. Bununla birlikte Nouri ve arkadaşları yaptıkları bazı çalışmalarda bitirme operasyonunda işleme süresi boyunca kesme kuvvetlerini modellemişler ve yüzey pürüzlülüğü yerine takım aşınması ile ilişkilendirmişlerdir[3]. Michalik ve arkadaşları, CK 45 malzemeli ince cidarlı parçaların frezelenmesinde yüzey pürüzlülüğünü gözlemlemişler, bu tarz parçalarda geometrik parametrelerin yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkileri ve yüzey pürüzlülüğünün analitik olarak tahmini üzerine çalışmışlardır[4]. Bu çalışmada farklı olarak sistemin 1

2 matematiksel modelinin çıkarılmasına dönük bir çalışma yapmışlardır. Yüzey pürüzlülüğü, yüzey topografisini belirten bir ifadedir. Yüzey pürüzlülüğünün yorulma mukavemeti, korozyon direnci ve sürtünme ömrü gibi ölçütler üzerinde önemli derecede etkisi vardır. Yüzey pürüzlülüğünün tahmini veya kesme parametrelerinin optimizasyonu ve modellenmesi dışında ölçümü kısmı ile ilgili yapılan uygulamalar da mevcuttur. Genellikle yüzey pürüzlülüğü deyince klasik yöntem olan temaslı yüzey pürüzlülük sistemleri akla gelmektedir. Özellikle talaşlı imalatta büyük bir çoğunlukla iğne uçlu temaslı yüzey pürüzlülük cihazları kullanılmaktadır. Tomkiewicz in yaptığı gibi bazı çalışmalarda farklı yöntemler de kullanılmıştır. Tomkiewicz, yüzey pürüzlülüğü ölçümü işlemi için görüntü işleme yöntemini kullanmıştır. Yaptığı çalışmada işleme sırasında yüzey görüntülerini almış ve bu görüntüleri işleyip dijital sinyallere çevirerek YSA yöntemiyle yüzey pürüzlülüğünü tahmin etmiştir[5]. Temassız yüzey pürüzlülük ölçüm sistemleri üzerine yapılan araştırmalarda optik ve lazer sistemler ön plana çıkmaktadır. Bradley, temassız yüzey pürüzlülük sensörü ile ilgili çalışmasında optik yüzey pürüzlülük sensörünü koordinat ölçüm cihazı na (CMM) adapte ederek çalışmalar yapmıştır[6]. Yukarıda verilen bilgiler ışığında işleme sırasında dışarıdan müdahele olmadan istediğimiz yüzey kalitesinde parça imalatı gerçekleştirebilecek bir sistem tasarlanmıştır Sisteme entegre bir optik yüzey pürüzlülük sensörü vasıtasıyla yüzey pürüzlülük ölçümü gerçekleştirilerek, istenilen yüzey pürüzlülük değerine göre YSA yöntemiyle eğitilen sistemin belirlediği optimum kesme parametrelerini kullanarak işleme yapabilen bir uzman sistem amaçlanmıştır. Deneysel Çalışmalar kapsamında kullanılan yüzey pürüzlülük sensörü hakkında ayrıntılı bilgi yüzey pürüzlülüğü ölçümü kısmında verilmiştir. II. Yüzey Pürüzlülük Kontrol Sistemi A. Deney Sistemi Bu başlık altında tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen 3 eksenden servo motor tahrikli ve optik yüzey pürüzlülüğü cihazı içeren Yüzey Pürüzlülük Kontrol Sistemin mekanik özelliklerinden ve genel hatlarıyla çalışma prensibinden bahsedilecektir. Sistemin ana gövde malzemesi olarak 90x90 ve 90x180 ağır tip alüminyum sigma profil seçilmiştir. Sistem üzerindeki 3 eksen hareketi sağlamak için frenli servo motorlar kullanılmıştır. Servo motorlardan gelen hareketleri boşluksuz yaylı kaplinler yardımıyla vidalı millere iletilerek 3 eksende hareket sağlanmıştır. İşleme kısmı için kullanılan iş mili (Spindle) HSD markasının MT 1090-Y6162Y0019 modeli seçilmiştir. Deneylerde kullanılan CNC freze tezgahı, 4,5 kw kafa 2 gücü ve dev/dak dönme hızına sahip olacak şekilde Şekil 1 deki gibi üretilip bir araya getirilmiştir. Şekil. 1. Tasarlanıp üretimi gerçekleştirilen yüzey pürüzlülük kontrol sistemi B. Deneysel Çalışmalar Kurulan sistem üzerinde kesme parametrelerine göre yüzey pürüzlülüğündeki değişimi bulmak için deneysel çalışmalar gerçekleştirildi. Yüzey pürüzlülüğünü etkileyen pek çok parametre mevcuttur. Burada üzerinde durulan parametreler; iş mili devri (Spindle Speed), ilerleme (Feed Rate), kesme derinliği (Depth of Cut), iş parçası malzemesi ve kesici takım olmak üzere temelde beş parametre belirlenmiştir. Burada kesici takım özellikleri sabit tutulmuş, çapı Ø20 olan 2 ağızlı parmak freze olarak belirlenmiştir. İşleyeceğimiz malzeme türü olarak AA5083 seçilmiştir. Tablo 1. de iş parçası malzemesi analiz sonuçlarına göre kimyasal kompozisyonu verilmiştir. Fe Si Mn Cr Cu Mg Zn TABLO 1. Deneylerde kullanılan AA5083 malzemesinin kimyasal kompozisyonu Deneysel çalışmalar için iş mili devri 1000 dev/dak dan dev/dak ya kadar, ilerleme 100 mm/dak dan 1000 mm/dak ya kadar Tablo 2 de verildiği gibi alınmıştır. Kesme derinliği olarak incelediğimiz konu son işleme operasyonu olduğu için 0.2 mm ve 0.5 mm için deney setleri oluşturulmuştur.

3 İş Mili Devri(dev/dak) İlerleme (mm/dak) Kesme Derinliği(mm) İş parçası Malzemesi Kesici Takım Takım Tutucu AA5083 TABLO 2. Deney setleri ve deneylerde kullanılan kesme parametreleri 20 mm Çapında 2 ağızlı parmak freze ER32 Pens Yukarıda belirtilen deney şartlarına göre toplamda 96 farklı durum için deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneyler sonucunda yüzey pürüzlülük değerleri ölçülmüştür. Tüm veriler YSA modelinde giriş verisi (input) olarak kullanılmıştır. C. Deney Sonuçları Yukarıda bahsedilen koşullar altında hem YSA eğitimi için hem de sistemin davranışını incelemek için gerçekleştirilen deneyler sonucunda Ra yüzey pürüzlülüğünün; ilerleme, iş mili devri ve kesme derinliğine göre değişimleri aşağıda şekillerde bahsedilmektedir. Yüzey pürüzlülüğünün her parametre ile olan ilişkisi ayrı ayrı incelenmiştir. Şekil 2 ve Şekil 3 te görüldüğü gibi AA5083 malzemesi için f=100 mm/dak ve f=1000 mm/dak sabit ilerleme hızları altında d=0.2 mm sabit kesme derinliğinde yüzey pürüzlülüğünün iş mili devrine göre değişimi incelenmiştir. Her iki eğri için de iş mili devir hızının artması, yüzey pürüzlülüğünün azalması açısından olumlu yönde katkı sağladığı görülmektedir. Şekil. 3. AA5083 malzemesi için 1000 mm/dak ilerleme hızında ve d=0.2mm kesme derinliğinde yüzey pürüzlülüğünün iş mili devrine göre değişimi. Şekil 4 ve Şekil 5 te görüldüğü üzere AA5083 malzemesi için f=100 mm/dak ve f=1000 mm/dak sabit ilerleme hızları altında d=0.5 mm sabit kesme derinliğinde yüzey pürüzlülüğünün iş mili devrine göre değişimi incelenmiştir. Şekil 2 ve Şekil 3 de bahsedilenlere ek olarak kesme derinliğinin artması yüzey pürüzlülüğüne artmasına sebep olmaktadır. Şekil. 2. AA5083 malzemesi için 100 mm/dak ilerleme hızında ve d=0.2mm kesme derinliğinde yüzey pürüzlülüğünün iş mili devrine göre değişimi. Ayrıca f=100 mm/dak ve f=1000 mm/dak ilerlemeler için de ilerlemenin yüksek olduğu şart olan Şekil 3 deki şartta yüzey pürüzlülüğünün daha yüksek bir seyir içinde olduğu görülmektedir. 3 Şekil. 4. AA5083 malzemesi için 100 mm/dak ilerleme hızında ve d=0.5mm kesme derinliğinde yüzey pürüzlülüğünün iş mili devrine göre değişimi.

4 Şekil 8 ve Şekil 9 da AA5083 malzemesi için S=1000 dev/dak ve S=10000 dev/dak sabit iş mili devir hızları altında d=0.5 mm sabit kesme derinliğinde yüzey pürüzlülüğünün ilerleme hızına göre değişimi incelenmiştir. Şekil 5. AA5083 malzemesi için 1000 mm/dak ilerleme hızında ve d=0.5mm kesme derinliğinde yüzey pürüzlülüğünün iş mili devrine göre değişimi. Yukarıda bahsedilen durumlar hep sabit kesme hızlarındaki şartlar içindir. Bundan sonraki 4 şekil için sabit iş mili devri için ilerlemenin yüzey pürüzlülüğüne olan ilişkisi incelenmiştir. Şekil 6 ve Şekil 7 de AA5083 malzemesi için S=1000 dev/dak ve S=10000 dev/dak sabit iş mili devir hızları altında d=0.2 mm sabit kesme derinliğinde yüzey pürüzlülüğünün ilerleme hızına göre değişimi incelenmiştir. Şekil.8. AA5083 malzemesi için 1000 dev/dak iş mili hızında ve d=0.5mm kesme derinliğinde yüzey pürüzlülüğünün ilerlemeye göre değişimi. Benzer şekilde ilerleme hızının artmasıyla yüzey pürüzlülüğünün arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca Şekil 6 ve Şekil 7 deki şartlarla birlikte incelendiğinde kesme derinliğinin artmasıyla yine yüzey pürüzlülüğünün arttığı gözlemlenmiştir. Şekil.6. AA5083 malzemesi için 1000 dev/dak iş mili hızında ve d=0.2mm kesme derinliğinde yüzey pürüzlülüğünün ilerlemeye göre değişimi. Her iki eğri içinde ilerleme hızının artmasıyla yüzey pürüzlülüğünün arttığı gözlemlenmiştir. Şekil.9. AA5083 malzemesi için dev/dak iş mili hızında ve d=0.5mm kesme derinliğinde yüzey pürüzlülüğünün ilerlemeye göre değişimi. D. Yapay Sinir Ağları Modeli (YSA) Bu bölümde çalışmalarda kullanılan uzman sistemin temel yapısını oluşturan yapay sinir ağları ele alınmıştır. Yapay sinir ağları insan beynindeki sinir ağlarından esinlenerek geliştirilen bir yöntemdir. Bu çalışma kapsamında deneysel çalışmalardan elde edilen işleme verileri ile optimum işleme parametrelerinin tahmin edilebilmesi için yapay sinir ağları kullanılmıştır. Şekil.7. AA5083 malzemesi için dev/dak iş mili hızında ve d=0.2mm kesme derinliğinde yüzey pürüzlülüğünün ilerlemeye göre değişimi. 4

5 Şekil. 9. Yapay Sinir Ağları Ağ Modeli Temel YSA modelinde Şekil 9 da görüldüğü üzere giriş kümesi x 1,x 2,,x m şeklinde olup, vektör formunda X olarak ifade edilir. Her bir giriş sinyali w k1,w k2,,w km, w kb ağırlık oranı ile çarpılır. Vektörel biçimde W k olarak gösterilen, bu ikili çarpımların toplamı aşağıdaki gibi bulunur. net(x,w k ) = W k T X (1) Burada; W k = [ w k1 w k2 w km w kb ] T (2) X = [ x 1 x 2 x m b k ] T (3) Ağırlıklı toplam değerinin hesabından sonra, bunun bir aktivasyon fonksiyonu f(.) üzerinden geçirilmesi ile nöronun çıkışı üretilir. T yk f ( Wk X ) veya m y f ( w x ) (4) k i 1 kj i Yukarıda temeli anlatılan yapay sinir ağlarının bu çalışma kapsamında tasarlanan uzman sistem üzerindeki uygulaması Şekil 10 da şematik olarak gösterilmiştir. Burada giriş elemanları; yüzey pürüzlülüğü, kesme derinliği, takım çapı ve iş parçası malzemesi olarak verilmektedir. Çıkış elemanları da iş mili devri ve ilerleme parametrelerinden oluşmaktadır. Giriş ve çıkış elemanları TABLO 3 de belirtilmiştir. YSA GİRDİLER YSA ÇIKTILAR Ra(µm) d(mm) D(mm) Malzeme S(dev/dak) f(mm/dak) TABLO 3. YSA modelinde kullanılan işleme parametreleri Şekil. 10. Çalışmada oluşturulan yapay sinir ağları ağ modeli Çalışmada aktivasyon fonksiyonu olarak sigmoid fonksiyonu kullanılmıştır. Sigmoid fonksiyonu klasik yapay sinir ağları fonksiyonundan farklı olarak nonlineer sistemlerin davranışını çok iyi bir şekilde simule edebilir. Bu fonksiyon aşağıdaki gibi tanımlanır. 2 f ( net) 1 (5) 1 exp( a net) Burada a, sigmoid fonksiyonun eğim parametresini göstermektedir. Modellemede ileri beslemeli geri yayılımlı YSA modeli kullanılmıştır. Bu model için MATLAB programında neural network toolbox yerine formüllerin uygulandığı özel bir kod yazılmıştır. Daha sonra buradan elde edilen eğitilmiş veriler ana program olan yüzey pürüzlülük kontrol sisteminde kullanılmıştır. E. Optik Yüzey Pürüzlülük Sensörü Yüzey pürüzlülük sistemleri mekanik veya optik bir şekilde ölçüm yapabilir. Ancak mekanik ölçüm sistemleri yüzeye temas etmesi gerektiğinden, yavaş çalıştığından ve pahalı olduğundan dolayı uzman sisteme uygulama açısından uygun bulunmamıştır. Ayrıca mekanik olarak iğne kullanıldığından dolayı ölçüm yaparken yüzeyi çizmektedir. Bu da hassas yüzey kalitesi gerektiren durumlarda sorun teşkil etmektedir. Yukarıda bahsedilen bilgiler ışığında tez çalışmasında işlenen yüzeyin yüzey pürüzlülüğünü ölçmek için Şekil 11 de gösterilen Hohner marka D516 model optik yüzey pürüzlülük sensörü kullanılmıştır. Optik yüzey pürüzlülük cihazı sayesinde sürekli ve temassız bir ölçümler gerçekleştirilmiştir. Sistemde optik sensör tercihi bir çok avantaj sağlamıştır. Hızlı veri aktarımı, geliştirilen programa adaptasyonu, CNC freze tezgahına kolay entegrasyonu, düşük maliyeti ve gerçek zamanlı işlemede ölçüm için de uygun olması en önemli avantajları olarak sayılabilir.. 5

6 Şekil. 11. Optik Yüzey Pürüzlülük Sensörü kesit görünüşü E.1. Optik Yüzey Pürüzlülük Sensörü Ölçüm Prensibi Optik yüzey pürüzlülük sensörü, işlenmiş metal yüzeylerde yüzey pürüzlülüğü 0.05µm ile 20µm hassasiyet aralığında ölçüm yapabilmektedir. İşleme operasyonu sonunda Şekil 12 de gösterildiği gibi yüzeye IR LED ışını gönderilmekte ve yüzeyin formuna göre yüzeyden Dağılma (Scatter) ve Yansıma (Reflection) ışınları almaktadır. Burada yüzeyin pürüzlülüğüne göre Scatter ve Reflector değerleri değişmektedir. Şekil. 12. Yüzey pürüzlülük sensörü ölçüm prensibi Bu sistemde yüzey pürüzlülük değeri scatter/reflector oranına göre belirlenmektedir. Ölçümlerden önce sensörün minimum ve maximum yüzey pürüzlülük değerine sahip mastarlar yardımıyla kalibrasyonu yapılmaktadır. Kalibrasyon işleminde önce minimum ölçü kabul edilen ve buna göre yüzey kalitesi belirli olan mastar parça taranır, tarama sonucu elde edilen Reflector/Scatter oranına karşılık gelen Ra değeri bilgisayar yazılımına yazılır. Ardından maximum ölçü kabul edeceğimiz yüzey kalitesi için aynı işlemler tekrarlanarak, elde edilen Ra değeri de sisteme girilir. Artık iki aralık boyunca bu iki değere göre sensör bağıl olarak her noktadaki Reflector/Scatter oranına karşılık yüzey pürüzlülük değerlerini belirler. III. Yüzey Pürüzlülük Kontrol Sisteminin Kontrolü Önceki kısımlarda şimdiye kadar sistemin mekaniğinden ve kesme parametrelerini belirleyecek YSA modeline göre hazırlan program için deneysel çalışmalar ve sonuçlarından bahsedildi. Ayrıca yüzey pürüzlülük kontrol sisteminde ölçüm kısmını oluşturan optik yüzey pürüzlülük sensörü ve çalışma prensibi anlatıldı. Bu kısımda yüzey pürüzlülük kontrol sistemi çalışma prensibi ve sistem yazılımı hakkında bilgi verilecektir. A. Sistemin Çalışma Prensibi Yüzey pürüzlülük kontrol sisteminin amacı temel olarak bitirme operasyonu işleme pasosu öncesi yüzey pürüzlülüğü ölçümüyle sistemin istenilen yüzey pürüzlülüğüne karşı optimum kesme parametrelerini belirleyip, buna göre talaş kaldırma yapılarak istenilen yüzey pürüzlülüğünün elde edilmesidir. İşleme operasyonu öncesinde, kaba işleme için girilmesi gereken iş mili devri, her pasodaki kesme derinliği ve ilerleme sisteme girilir. Ayrıca işleme sonrası istenilen yüzey pürüzlülüğü ve son paso için kesme derinliği de sisteme girilir. Sistem kaba işlemeyi başlangıçta verilen parametrelere göre gerçekleştirir. Son (finiş) operasyonu öncesi sensör yüzey pürüzlülüğünü ölçme işlemini yapar. Ölçülen yüzey pürüzlülüğüne göre eğer yüzey istenilen kalitede ise mevcut parametreler ile sistem işlemeyi yapar ve işlemi tamamlar. Eğer finiş operasyon öncesi yüzey ölçüm sonucu yüzey pürüzlülüğü istenilen değerde değil ise; olması gereken yüzey pürüzlülüğüne göre sistem son (finiş) kesme parametrelerini tahmin eder. Uzman Sistem tarafından belirlenen iş mili devri ve ilerleme değerine göre sistem son (end mill) işlemeyi gerçekleştirir ve işleme sonrası doğrulama ölçümünü yaparak işlemeyi tamamlar. Ayrıca ölçüm sonucunda elde etmiş olduğu ölçüm verisi ve o veriyi oluşturan işleme parametrelerine ait verileri de YSA için yeni referans seti olarak sistemin sürekli eğitilmesinde kullanılır. Bu sayede bu çalışmada her tezgaha uygulanabilen ve sürekli kendini eğiten bir uzman sistem oluşturulmuştur. Sistemin çalışma prensibini anlatan algoritma Şekil 13. de verilmiştir. F= S S - S N ve F=S S + S N (6) Burada F fonksiyonu kalibrasyon parametresi olarak; S S : Foto detektörden yansıyan yönde gelen sinyal S N : Foto detektörden Normal yönde gelen sinyal olarak ifade edilir[7]. 6

7 Yüzey pürüzlülük kontrol sistemi arayüz kısmında da görüldüğü üzere manuel ve otomatik operatör girdi kısmı, optik sensör ölçümü ve kesme parametresi hesaplama programı olarak 3 alt kısımdan oluşmaktadır. Şekil 15 de görüldüğü üzere sistemin başlangıç ve kaba işleme parametreleri bu kısımdan girilmektedir. Burada x,y,z deki işleme sınırları, başlangıç ilerleme ve iş mili devri ve kaba işleme için her pasoda kesme derinliği verilebilmektedir. Şekil. 13. Yüzey Pürüzlülük Kontrol Sistemi Program Algoritması Burada sistem finiş operasyon öncesi müdahale edip belirlediği iş mili devri ve ilerleme değerlerini YSA yöntemiyle elde edilen sonuçlara göre tayin etmektedir. B. Sistem Yazılımı Yukarıda bahsedilen algoritmayı gerçekleştirmek için sistem yazılımı geliştirilmiştir. Burada sistem program arayüzü ve ana kontrol yazılımı Visual Studio da hazırlanmış olup; MATLAB Programında hazırlanan hesaplama programı da ana yazılım içine entegre edilmiştir. Şekil 14 de sistem programının ekran görüntüsü gösterilmiştir. Şekil.15. Yüzey Pürüzlülük Kontrol Sistemi Başlangıç Parametre Girişi Arayüzü Daha sonra Şekil 16 da görüldüğü gibi sistemin işleme sonunda istenilen yüzey pürüzlülük değeri, iş parçası malzemesi, takım çapı ve son (finiş) paso kesme derinliği bu kısımda sisteme girilmektedir. Buradaki parametreler deney setlerine girdi olarak belirlenen parametrelerdir. Şekil.16. Yüzey Pürüzlülük Kontrol Sistemi iş mili devri ve ilerleme hesaplama Programı Arayüzü Şekil.14. Yüzey Pürüzlülük Kontrol Sistemi Program Arayüzü Yüzey pürüzlülük kontrol sisteminde x,y,z eksenlerindeki servo motor hareketleri ve tezgah ile her türlü haberleşme işlemi PLC üzerinden sağlanmaktadır. Önceki kısımlarda deney setleri sonucunda MATLAB programında kod yazılarak YSA yöntemiyle sistemin eğitilmesinden bahsedilmişti. Aynı programda MATLAB da eğitilen veriler.mat uzantılı bir dosyaya yazdırılır. Bu kısımda eğitilmiş verilerin yazılı olduğu.mat dosyası yine MATLAB da hazırlanmış bir başka kod vasıtasıyla giriş parametreleri olan istenilen yüzey pürüzlülüğü değeri, iş parçası malzemesi, takım çapı ve kesme derinliğine göre çıkış parametreleri olan iş mili devri ve ilerleme hesaplanmaktadır. Burada giriş verisine bağlı olarak çıkış verileri tek olmayacağından birkaç iş 7

8 mili devri ve ilerleme çiftleri çıkabilir. Bu durumda en büyük (maksimum) ilerleme değerine karşılık gelen iş mili devri alınarak işlem tamamlanır. İlerlemeyi maksimum almamızdaki amaç işleme süresini kısaltmaktır. Sonuçta yüzey olarak aynı sonucu verdiği görülmüştür. Şekil 17 de optik sensör kısmına ait sonuç örnekleri görülmektedir. İki ekranda da üst kısımda görülen değer, yüzey ölçüme başladığı andan o ana kadarki ölçüm sonuçlarının ortalama değeridir. (a) (b) Şekil.17. (a) Yüzey Pürüzlülük Kontrol Sistemi Optik Sensör ölçümü sonucu istenilen durumda olmadığının arayüz gösterimi (b) Yüzey Pürüzlülük Kontrol Sistemi Optik Sensör ölçümü sonucu istenilen durumda olduğunun arayüz gösterimi Alt kısımda ise statü olarak durumu göstermektedir. Burada sonuç referans değerin altında veya eşit ise GOOD olarak, üzerinde ise BAD olarak göstermektedir. Şekil. 19. İş mili ve iş miline entegre edilmiş optik ölçüm sistemi Yüzey pürüzlülük değeri istenilen değerin üzerinde olduğu için sistem istenilen değer için iş mili devri ve ilerleme hızını hesaplamıştır. 0.6µm ve altı için olması gereken optimum kesme parametrelerini S=7584 dev/dak ve f=303 mm/dak olarak belirlemiştir. Yapılan işleme sonucuna göre iş parçası üzerinde yapılan yeni ölçüme göre yüzey pürüzlülük değeri 0,476 micron olarak elde edilmiş ve işlem tamamlanmıştır. Şekil 20 de yüzey pürüzlülük kontrol sistemi öncesi ve müdahale sonrası durumu gösterilmiştir. Burada mavi renkli eğri kaba işleme sonrası ölçülen yüzey pürüzlülük eğrisi, kırmızı olan istenilen yüzey pürüzlülük sınırı ve yeşil olan eğri ise belirlenmiş parametrelere göre alınan verileri ifade eden eğridir. IV. Yüzey Pürüzlülük Kontrol Sistemi Sonuçları ve Tartışmalar İş parçası boyutları olarak 50x70x200 lük AA5083 malzemeden numune hazırlanmıştır. Başlangıç işleme parametreleri olarak f=1200 mm/dak ilerleme hızı ve S=4000 dev/dak iş mili devri belirlenmiştir. Kesme derinliği olarak d=0.8mm kaba işleme için verilmiştir. Yüzey pürüzlülük isteri olarak 0,5µm lik bir değer girilmiştir. Ayrıca finiş paso kesme derinliği olarak d=0.2mm olarak belirlenmiştir. Takım olarak daha önceki deneylerdeki gibi 20mm lik 2 ağızlı parmak freze kullanılmıştır. Kaba işleme sonrasında Şekil 19 daki gibi optik yüzey pürüzlülük sensörü ile ölçüm alınmıştır. Sensör ölçümü sonrası çıkan yüzey pürüzlülük değeri 1,576 micron çıkmıştır. Şekil.20. Uzman sistem öncesi ve sonrası yüzey pürüzlülük eğrileri Daha önceden yapılan deneysel çalışmalardaki sonuçlar ile kıyaslamak gerekirse Şekil 21 de en yakın durumu ifade eden d=0.2mm kesme derinliğinde S=8000 dev/dak iş mili devri için ilerlemenin yüzey pürüzlülüğüne göre değişimi eğrisindeki sonuçla yüzey pürüzlülük kontrol sistemi sonucu elde edilen verinin örtüştüğü görülmektedir. 8

9 boyunca sürekli olarak kontrol altında tutulduğu için yüzey pürüzlülüğü kalite kontrolü süreç içerisinde üretim aşamasında sağlanmış olmaktadır. Öğrenme özelliği sayesinde her tezgaha uygulanabilir bir sistemin geliştirilmesi sağlanmıştır. Teşekkür Bu çalışmanın gerçekleştirilmesinde motivasyon, techizat ve iş gücü desteği sağlayan TÜBİTAK-SAGE ye teşekkür ederiz. Şekil.21. Deneyler sonucu elde edilen verilere göre 8000 dev/dak iş mili devrinde d=0.2mm kesme derinliğinde yüzey pürüzlülüğünün ilerlemeye göre değişimi. İşleme deneyleri sonucunda yüzeyden alınan mikroskop görüntüleri mikroskopla 25 kat büyütülerek Şekil 22 de, (a) uzman sistemin kullanılmadığı durum ve (b) uzman sistemin devreye girmesi sonucu elde edilen yüzey olmak üzere iki durum da karşılaştırmak amacıyla gösterilmiştir. Bitirme operasyonu için yüzey pürüzlülük kontrol sisteminin belirlemiş olduğu kesme parametrelerine göre işlenmiş olan yüzey görüntüsünde de görüldüğü gibi yüzey pürüzlülüğündeki iyileşme net bir şekilde görülmektedir. (a) (b) Şekil 22. (a) AA5083 malzemesi 4000 dev/dak iş mili hızında f=1200 mm/dak ilerleme hızında d=0.8 mm kesme derinliği değerlerinde ilk işleme yüzey görüntüsü (x25) (b) uzman sistemin iyileştirdiği işleme parametreleri olan S=7534 dev/dak iş mili hizi ve f=303 mm/dak ilerleme hızında d=0.2 mm finiş kesme derinliğine göre elde edilen yüzey görüntüsü (x25) Kaynakça [1] Black J. T. Journal of Engineering for Industry, vol.101, ,No 4, [2] Rosales, A., Vizan, A., Diez E. ve Alanis, A. Prediction of Surface Roughness by Registering Cutting Forces in the Face Milling Process. European Journal of Scientific Research, 41(2), ,2011. [3] Nouri, M., Fussell, B.K., Ziniti, B.L.,& Linder, E. Real-time tool wear monitoring in milling using a cutting condition independent method. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 89, 1-13, [4] Michalik, P., Zajac, J., Hatala, M., Mital D.,& Fecova, V. Monitoring surface roughness of thin-walled components from steel C45 machining down and up milling. Measurement, 58, ,2014. [5] Tomkiewicz A.Z. Estimation of surface roughness parameter based on machined surface image. Metrology & Measurement Systems, 17(3), ,2010. [6] Bradley, C. Automated Surface Roughness Measurement. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 16, ,2000. [7] Sensors Online Your Technical Resource for Sensing Communication and Control. Date: IV. Sonuçlar Bu çalışmada geliştirilen uzman sistem kullanılarak yüzey işleme operasyonunda belirlenen en iyi (optimum) iş mili devri ve ilerleme hızına göre yüzey pürüzlülüğü kontrolü sağlanmıştır. Değişik işleme parametrelerine göre elde edilen yüzey pürüzlülük ölçümü sonuçları ve mikroskoptan elde edilen işleme görüntüleri, geliştirilen uzman sistem ile daha kaliteli bir bitime yüzeyi elde edilebildiğini göstermiştir. Bu uzman sistem sayesinde doğru işleme parametreleri seçimi operatör inisiyatifinden çıkarılarak minimum operatör müdahalesiyle toplam işleme zamanından tasarruf sağlanmıştır. Sistem tarafından en iyi (optimum) kesme parametrelerinin belirlemesiyle aynı zamanda takım aşınmasına da önemli katkılar sağlayacağı öngörülmektedir.. Bu sistemde yüzey pürüzlülüğü süreç 9