YÜKSEK HIZLI İŞ MİLLERİNİN TERMAL MODELLEMESİ

Transkript

1 YÜKSEK HIZLI İŞ MİLLERİNİN TERMAL MODELLEMESİ Turgut Köksal YALÇIN Muharrem Sedat ERBERDİ Prof. Erhan BUDAK

2 İçerik Amaç Testler & Test Düzeneği İş Mili Rulmanlarındaki Isı Oluşumu Sonlu Elemanlar Analizi Modeli Simülasyon Sonuçları Simülasyon ve Test Sonuçları Karşılaştırması Genel Sonuçlar Devam Eden Araştırmalar ve Öneriler

3 Amaç Termal kaynaklı hatalar takım tezgahlarındaki toplam hataların %75 inden sorumludur. 5 eksenli CNC takım tezgahlarının parça işleme hassasiyetinin artırılması, termal kaynaklı hataların azaltılması ile mümkündür. 7% 10% 8% Termal hatalar zaman, çevresel koşullar, soğutma sistemi, kesme operasyonları vb. diğer bir çok nedene bağlı ve lineer olmayarak değişmektedir. CNC takım tezgahlarının iş mili ve pozisyonlama iyileştirilmelerinin yapılabilmesi amacıyla iş mili termal performansının doğru olarak tahmin edilebilmesi ve hataların önlenebilmesi için İŞ MİLİ TERMAL MODELİ gerekmektedir. 75% Termal Kaynaklı Hatalar Kontrol Sistemi Kaynaklı Hatalar Montajdan Kaynaklanan Hatalar

4 Testler & Test Düzeneği Sabit İş Mili Devri Testleri İş Mili Dönme Süresi: 30 dakika İş Mili Devirleri 5000 dev/dak dev/dak dev/dak dev/dak Takım Tezgahı Özellikleri İş Mili Gücü: 29 kw Maksimum Devir: dev/dak Takım Tutucu Sistem: HSK-63 İş Mili Rulmanları : Seramik Bilyalı ve Açısal Kontaklı FAG HC 7011 x 2 FAG HC 7014 x 2 Sıcaklık Ölçümleri Termal (Kızılötesi) Kamera FLIR A 325 serisi ThermaCAM Researcher Pro Yazılımı Termal Uzama Ölçümleri Temassız Eddy Current Deplasman Sensörleri Micro-Epsilon NCDT 3001 serisi Veri Toplama ve Analiz Sistemleri LabVIEW MATLAB 2015 Sonlu Elemanlar Analizi ANSYS Workbench 15

5 İş Mili Rulmanlarındaki Isı Oluşumu Palmgren in Sürtünme Torkunu Esas Alan DENEYSEL Rulman Isı Oluşumu Modeli H f = nm M = M 1 + M 2 Rulman Yağlama Sistemine Bağlı Akışkan Sürtünme Torku M 1 M 1 = f o (v o n) 2 3 dm eğer v o n 2000 M 1 = 160x10 7 f o d m 3 eğer v o n 2000 Kuvvetler Sonucu Oluşan Sürtünme Torku M 2 M 2 = f 1 F β d m f 1 = z(p o /C 0 ) y P 0 = 0.5 F r + (0.46)F e F β = F e (0.1)F r

6 Isı Isı Isı İş Mili Rulmanlarındaki Isı Oluşumu (devamı) Kuvvetler Sonucu Oluşan Isı Kuvvetler Sonucu Oluşan Isı Akışkan Sürtünme Torku Sonucu Oluşan Isı

7 Isı Isı İş Mili Rulmanlarındaki Isı Oluşumu (devamı) Toplam Isı Miktarı Toplam Isı Miktarı

8 Sonlu Elemanlar Analizi Modeli Akışkanlar Analizi Şeması Kullanılan Modüller ve Model Ağacı Çıkış Giriş İş Mili Ünitesi Bileşenleri Üst Rulman Paketi Katı Bölge Sıvı Bölge (Soğutma Sıvısı) Alt Rulman Paketi

9 Simülasyon Sonuçları Akışkanlar Modülü Sonucu Hesaplanan Sıcaklıklar Termal Modül Sonucu Hesaplanan Sıcaklık Dağılımı Yapısal Analiz Modül Sonucu Hesaplanan Uzama Miktarı

10 Sıcaklık (C ) Uzama (µm) Simülasyon ve Test Sonuçları Karşılaştırması Sıcaklık Karşılaştırması Uzama Karşılaştırması Termal Uzamalar TEST SIM 5K 10K 15K 20K Sıcaklıklar TEST 5K 10K 15K 20K SIM

11 Sıcaklık (C ) Uzama (µm) Genel Sonuçlar Termal Uzamalar TEST SIM 5K 10K 15K 20K Sıcaklıklar TEST SIM 5K 10K 15K 20K İş mili rulman özelliklerinin sıcaklık artışına katkıları gösterilmiştir. İş mili rulmanlarındaki önyükleme miktarının ve iş mili devrinin, sıcaklık üzerindeki etkileri incelenmiştir. Soğutma sisteminin iş mili termal hataları üzerindeki etkisi incelenmiştir. Sonlu elemanlar analizi kullanılarak iş mili termal deformasyonlarını yüksek doğruluk ile tahmin eden İŞ MİLİ TERMAL MODELİ OLUŞTURULMUŞTUR. Oluşturulan bu model ile: Soğutma sistemi parametreleri, Soğutma sistemi kanal geometrisi, İş mili rulman seçimi, İş mili ısıtma süresi, İş mili malzeme seçimi incelenmiştir.

12 Devam Eden Araştırmalar ve Öneriler Devam Eden Çalışmalar İş mili boyutsal değişimlerinin gerçek zamanlı ölçümü ve kompanzasyonu amacıyla İş Mili Uzama (SGS) sensörünün incelenen iş miline entegrasyonu. Öneriler Termal performansı yüksek yeni iş mili ve soğutma sistemi tasarımı. Farklı soğutma kanal geometrilerinin performans analizi. İş mili termal modeli yaklaşımı kullanılarak diğer tezgah bileşenlerinin de modellenmesi: Vidalı Mil Eksen Arabaları Eksen motorları

13 Dinlediğiniz için teşekkürler Sorular