Akustik emisyon sinyalleri kullanalarak tornalamada takım kırılmasının eş-zamanlı olarak algılanması
The on-line tool fracture detection ın turning using acoustic emission signals
Yazar: GÖKHAN YALÇIN
Danışman: Y.DOÇ.DR. HACI SAĞLAM
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Talaşlı Üretim Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Akustik Emisyon (AE) sinyalleri ve takımda oluşan kesme kuvveti sinyallerinin algılanması talaş kaldırma işlemlerinin analizinde önemli bilgi kaynaklandır. Bu konuda farklı sensörler kullanarak çeşitli deneysel çalışmalar sürdürülmektedir. Bu çalışmada öncelikle tornalama işlemleri sırasında kesici takım aşınması, takım kırılması parçacık kopması ve kesme kuvveti ölçümleri ve bu parametrelere bağlı olarak Akustik Emisyon sinyallerinin değişimini kapsayan bir araştırma yapılmıştır. Son yıllarda, kesici takımların durumu hakkında ikaz sinyalleri üreten ve takım kırılmadan önce operatörü uyaran Takım Durumu İzleme (TDİ) sistemleri endüstriyel alanda yaygın olarak kullanılmakta ve modern takım tezgâhlan bu sistemlerle donatılmaktadır. Bu sebeple, Akustik Emisyon sinyalleri ve kesme kuvveti sinyalleri kullanarak TDİ, takım kırılma anını tahmin etmek operatörün takıma müdahalesini asgariye indirmek için bir algılama modeli geliştirildi. Farklı kesme parametrelerinde kesme operasyonları sırasında AE sinyalleri ve kuvvet sinyallerinin değişimi hazırlanan deney seti ve yazılan program yardımıyla grafik olarak izlendi ve ayrıca takım durumu hakkında karar vermek için kaydedilen sinyaller değerlendirildi. Deneyler AISI 1040, 40 HRc'de sertleştirilmiş AISI 1040 ve 45 HRc'de sertleştirilmiş AISI 4140 gibi üç farklı malzeme üzerinde yapıldı ve ISO P10 ve İİ P25 kodlu ve TİC kaplanmış Böhler: CCMT 09T308-304 formunda iki tip takım kullanıldı. Kesme kuvveti ölçümleri için bir üç-elemanlı tornalama dinamometresi (TeLC BKM 2000) kullanıldı. AE sinyalleri Kistler 5125B kuplör bağlantılı bir piezo-elektrik AE sensörü (Kistler: 8152B1) kullanarak elde edildi. AE sinyalleri ve kuvvet sinyalleri bir veri toplama kartı (Advantech PCI 1710 HG) ile toplandı ve değerlendirmek için bir PC 'ye transfer edildi. Toplanan sinyaller sayısal ve grafik formunda eş-zamanlı olarak izlendi. Gelen sinyaller takım kırılması veya parçacık kopması hakkında deneysel olarak belirlenen eşik değerlerini aştığı anda ekranda operatörü uyaran bir mesaj görünür. Buna ilaveten, MATLAB 6.5 kullanarak, metal kesme sırasında kaydedilen Akustik Emisyon sinyallerinin Fast Fourier Transform güç spektrum analizleri yapıldı ve grafik olarak gösterildi. Kesme testlerinden sonra takım kırılması veya parçacık kopmasına maruz kalan kesici uçların fotoğrafları çekildi ve grafikleri ile birlikte yorumlandı. Anahtar Kelimeler: Akustik emisyon, Kesme kuvvetleri, Takım kırılması, Parçacık kopması, Veri toplama ve işleme, Takım durumu izleme.

Abstract:
The on-line detection of acoustic emission signals and the cutting forces exerted on the cutting tool are important source of information in metal removing processes. Using different sensors in this subject various experimental studies have been carried out continuously. In this study, firstly, an investigation comprising the detection of cutting tool wear, tool fracture, chipping and cutting force measurement and the variation of acoustic emission signals depend on these parameters during turning processes have been performed. In recent years, Tool Condition Monitoring (TCM) systems that generate excitation signals about the state of cutting tools and warn the operator before tool fracture have been used widely in industrial area and the modern machine tools have become equipped with these systems. Therefore, a detection model using acoustic emission signals and cutting force signals was developed for TCM, prediction of the tool fracture moment and minimizing the operator's interference to the tool. During cutting operations at different cutting parameters, the variation of AE signals and force signals were monitored graphically by means of the experimental set-up prepared and software written and the recorded signals also were evaluated to decide about tool condition. The experiments were conducted on three different materials such as AISI 1040, AISI 1040 hardened at 40 HRc and AISI 4140 hardened at 45 HRc and two IV different cutting tools were used coded as ISO P10 and P25 coated with TÎC in form of Border: CCMT 09T308-304. For the cutting force measurement a three component turning dynamometer (TeLC BKM 2000) was used. The AE signals were obtained by using piezo-electric AE sensor (Kistler: 8152B1) with a couple of coupler of Kistler 5125B. The force signals and AE signals were collected by a data acquisition card (PCI 1710 HG) and transferred to PC for evaluation. The collected signals were monitored as on-line in form of digital and graphically. As soon as the coming signals exceed the threshold value about tool fracture or chipping that determined experimentally, a message to warn the operator is seen on monitor. In addition that, Fast Fourier Transform power spectrum analysis of AE signals recorded during metal cutting was performed and expressed graphically using MATLAB version 6.5. After the cutting test the photograph of cutting inserts that subjected fracturing or chipping were taken and interpreted together with their graphics. Key words: Acoustic emission, Cutting forces, Tool fracture, Tool chipping, Data collection and processing, Tool condition monitoring.