Metal kesme işlemlerinde kullanılmak amacıyla, kablosuz çok eksenli bir dinamometrenin geliştirilmesi
The development of a wireless multi-axial dynamometer to use in the metal cutting operations
Yazar: MEHMET KORKMAZ
Danışman: DOÇ. DR. BÜLENT KAYA
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Endüstri Ürünleri Tasarımı = Industrial Design ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Takım tezgâhlarındaki malzeme işleme ve kesme süreci performanslarının değerlendirilmesinde temel araç kesme kuvvetinin ölçümüdür. Kesme kuvvetinin ölçümü vasıtası ile takım aşınması, takım ömrünün tahmini ve takım kırılması gibi önemli hususlar hakkında fikir edinilebilmektedir. Kesme kuvvetinin ölçümü için, Kistler gibi tanınmış firmalar piezoelektrik tabanlı dinamometreler geliştirmiş ve ticarileştirmiştir. Ancak bu tarz dinamometrelerin kurulum maliyetleri pahalıdır ve kişiselleştirilme imkânları sınırlıdır.   
Buradan yola çıkarak, bu tez çalışmasının amacı, kurulum maliyetleri daha düşük ve uygulamalara göre kişiselleştirilebilen bir dinamometrenin geliştirilmesidir. Günümüzde; IoT, endüstri 4.0 gibi bazı kavramların üretim sistemlerine hızla entegre edilmesini amaçlayan çalışmaların etkisiyle, üretim süreci mobil hale getirilmeye çalışılmaktadır. Böylece, endüstriyel otomasyon uygulamalarında kablosuz haberleşme sistemlerinin ve bulut veri depolama sistemlerinin kullanımı da giderek yaygınlaşmaktadır. Dolayısıyla, bu tez çalışmasında, mekanik dinamometre tasarımına ek olarak, verinin kablosuz haberleşme ile hedef buluta aktarımı konusu üzerine de bir takım çalışmalar yapılmıştır. Böylelikle; metal kesme işlemlerinde kesme kuvvetini ölçen ve bu ölçümleri kablosuz veri aktarımı yoluyla ileten üç eksenli bir dinamometre sisteminin geliştirilmesi hedeflenmiştir. 
Basitlik ve düşük maliyet açısından, 'gerinim ölçer' tabanlı mekanik halkalar kullanılmıştır. Optimum hassasiyet elde edilebilecek sekizgen dinamometre halka yapıları incelenmiştir. Uygun bir kuvvet aralığı elde etmek için tasarlanan ve üretilen dört adet sekizgen halka konfigürasyonu üzerine, toplamda otuz iki adet gerinim ölçer yerleştirilmiştir. Mekanik tasarımın işlevselliğini sağlayan, enstrümantasyon kuvvetlendirici ve Arduino tabanlı elektronik devre yapısı, hem simülasyon hem de donanım gerçekleştirim sonuçları ile doğrulanmıştır.

Abstract:
The basic tool is the measurement of the cutting force for the evaluation of the material processing and cutting process performances in machine tools. It is possible to obtain insight into important aspects such as the tool wear, the tool life estimation and the tool breakage through the measurement of cutting force. The well-known companies such as Kistler have developed and commercialized piezoelectric based dynamometers for measuring the cutting force. However, these commercial dynamometers are expensive and offer very limited customization.
From this point of view, the purpose of this thesis is to develop a dynamometer, which has lower installation costs and can be customized according to the applications. Nowadays, the several production processes are tried to develop mobile interfaces with the effects of the studies aiming to integrate some concepts such as IoT, industry 4.0 into production systems, rapidly. Thus, the utilization of wireless communication and the cloud data storage systems in industrial automation applications are also becoming widespread. Therefore in this thesis, in addition to the design of the mechanical dynamometer, some key considerations have been explained on the transfer of data to the target cloud via wireless communication. Hereby, it is aimed to develop a three-axis dynamometer system, which measures the cutting force in metal cutting processes and transmits these measurements via wireless data transmission. 
In the study, strain gauge based mechanical rings have been used in terms of simplicity and low cost. The octagonal dynamometer ring structures, which can obtain optimum sensitivity, have been investigated. A total of 32 strain gauges have been located on four octagonal ring configurations, which are designed and manufactured to achieve an optimum force range. The instrumentation amplifier and Arduino based electronic circuit structure which provides the functionality of mechanical design, has been confirmed by both simulation and hardware implementation results.