Characterization of 3D surface topography in 5-axis milling

Within the context of 5-axis free-form machining, CAM software offers various ways of tool-path generation, depending on the geometry of the surface to be machined. Therefore, as the manufactured surface quality results from the choice of the machining strategy and machining parameters, the prediction of surface roughness in function of the machining conditions is an important issue in 5-axis machining. The objective of this paper is to propose a simulation model of material removal in 5-axis based on the N-buffer method and integrating the Inverse Kinematics Transformation. The tooth track is linked with the velocity giving the surface topography resulting from actual machining conditions. The model is assessed thanks to a series of sweeping over planes according to various tool axis orientations and cutting conditions. 3D surface topography analyses are performed through the new areal surface roughness parameters proposed by recent standards

Методы прогнозирования шероховатости поверхности: Обзор

Основна проблема механообробки - досягнення необхідної якості виробу. На жаль, таку характеристику якості, як шорсткість поверхні, важко гарантувати. Метою даної статті є подання різних методологій і методик, які сьогодні використовуються закордонними дослідниками для пророкування шорсткості поверхні. У роботі представлений опис кожного з підходів, з деякими перевагами й недоліками.The general manufacturing problem can be described as the achievement of a redefined product quality with given equipment, cost and time constraints. Unfortunately, for some quality characteristics of a product such as surface roughness it is hard to ensure that these requirements will be met. This paper aims at presenting the various methodologies and practices that are being employed by foreign researchers for the prediction of surface roughness. Each approach with its advantages and disadvantages is outlined and the present and future trends are discussed

An analytical model taking feed rate effect into consideration for scallop height calculation in milling with torus-end cutter

International audienceFeed rate effect on scallop height in complex surface milling by torus-end mill is rarely studied. In a previous paper, an analytical predictive model of scallop height based on transverse step over distance has been established. However, this model doesn’t take feed rate effect into consideration. In the present work an analytical expression of scallop height, including feed rate effect, is detailed in order to quantify feed rate effect and thus to estimate more precisely the surface quality. Then, an experimental validation is conducted, comparing the presented model predictions with experimental results. Actually, the share of the scallop height due to feed effect is highly dependent on the machining configuration. However, most of time, the feed effect on total scallop height values is far from being negligible

Modelos para la predicción de la rugosidad superficial en procesos de mecanizado con arranque de viruta: revisión bibliográfica

El tema de la Rugosidad Superficial ha sido ampliamente estudiado por muchos autores, en busca de intentar predecir su comportamiento, así como definir los diferentes factores que la determinan. El presente artículo presenta una revisión de los diferentes enfoques usados para su predicción

Uma abordagem à maquinagem a alta velocidade, com recurso a turbinas pneumáticas de alta rotação

Mestrado em Engenharia MecânicaCom este trabalho pretende-se fazer uma abordagem à Maquinagem a Alta Velocidade, procurando reunir os conceitos inerentes e apresentar os recentes desenvolvimentos nesta área. É feita uma referência aos diversos factores que contribuem para a efectiva aplicação desta tecnologia. A componente experimental contempla um conjunto de ensaios com o objectivo de avaliar as potencialidades da utilização de turbinas pneumáticas de alta rotação como uma opção válida na maquinagem de geometrias complexas. O material utilizado foi uma liga de Alumínio (7050), dado o aumento crescente na sua utilização em sectores de actividade como a indústria aeronáutica, indústria automóvel e indústria de moldes. São avaliados os efeitos dos parâmetros processuais, velocidade de corte e avanço, na qualidade das superfícies obtidas, no que respeita à rugosidade e precisão dimensional das superfícies maquinadas.The objective of this work is the study of the High Speed Machining, dealing with related concepts and recent developments in this area. A reference is made to the different aspects, which contribute for the effective application of this technology. The experimental component groups a set of tests with the goal of evaluate the capacity of using air turbine tools of high speed as a valid option in the complex geometry machining. The used material was an aluminium alloy, (7050) as a result of its crescent application in aeronautics, automobile and moulding industries. Process parameters are evaluated, such as speed and feed rate, observing roughness and dimensional accuracy of the obtained surfaces

IMPROVING ENERGY EFFICIENCY IN DISCRETE PARTS MANUFACTURING

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

Inteligencia artificial para la predicción y control del acabado superficial en procesos de fresado a alta velocidad

El objetivo principal de esta tesis doctoral es profundizar en el análisis y diseño de un sistema inteligente para la predicción y control del acabado superficial en un proceso de fresado a alta velocidad, basado fundamentalmente en clasificadores Bayesianos, con el prop´osito de desarrollar una metodolog´ıa que facilite el diseño de este tipo de sistemas. El sistema, cuyo propósito es posibilitar la predicción y control de la rugosidad superficial, se compone de un modelo aprendido a partir de datos experimentales con redes Bayesianas, que ayudar´a a comprender los procesos dinámicos involucrados en el mecanizado y las interacciones entre las variables relevantes. Dado que las redes neuronales artificiales son modelos ampliamente utilizados en procesos de corte de materiales, también se incluye un modelo para fresado usándolas, donde se introdujo la geometría y la dureza del material como variables novedosas hasta ahora no estudiadas en este contexto. Por lo tanto, una importante contribución en esta tesis son estos dos modelos para la predicción de la rugosidad superficial, que se comparan con respecto a diferentes aspectos: la influencia de las nuevas variables, los indicadores de evaluación del desempeño, interpretabilidad. Uno de los principales problemas en la modelización con clasificadores Bayesianos es la comprensión de las enormes tablas de probabilidad a posteriori producidas. Introducimos un m´etodo de explicación que genera un conjunto de reglas obtenidas de árboles de decisión. Estos árboles son inducidos a partir de un conjunto de datos simulados generados de las probabilidades a posteriori de la variable clase, calculadas con la red Bayesiana aprendida a partir de un conjunto de datos de entrenamiento. Por último, contribuimos en el campo multiobjetivo en el caso de que algunos de los objetivos no se puedan cuantificar en números reales, sino como funciones en intervalo de valores. Esto ocurre a menudo en aplicaciones de aprendizaje automático, especialmente las basadas en clasificación supervisada. En concreto, se extienden las ideas de dominancia y frontera de Pareto a esta situación. Su aplicación a los estudios de predicción de la rugosidad superficial en el caso de maximizar al mismo tiempo la sensibilidad y la especificidad del clasificador inducido de la red Bayesiana, y no solo maximizar la tasa de clasificación correcta. Los intervalos de estos dos objetivos provienen de un m´etodo de estimación honesta de ambos objetivos, como e.g. validación cruzada en k rodajas o bootstrap.---ABSTRACT---The main objective of this PhD Thesis is to go more deeply into the analysis and design of an intelligent system for surface roughness prediction and control in the end-milling machining process, based fundamentally on Bayesian network classifiers, with the aim of developing a methodology that makes easier the design of this type of systems. The system, whose purpose is to make possible the surface roughness prediction and control, consists of a model learnt from experimental data with the aid of Bayesian networks, that will help to understand the dynamic processes involved in the machining and the interactions among the relevant variables. Since artificial neural networks are models widely used in material cutting proceses, we include also an end-milling model using them, where the geometry and hardness of the piecework are introduced as novel variables not studied so far within this context. Thus, an important contribution in this thesis is these two models for surface roughness prediction, that are then compared with respecto to different aspects: influence of the new variables, performance evaluation metrics, interpretability. One of the main problems with Bayesian classifier-based modelling is the understanding of the enormous posterior probabilitiy tables produced. We introduce an explanation method that generates a set of rules obtained from decision trees. Such trees are induced from a simulated data set generated from the posterior probabilities of the class variable, calculated with the Bayesian network learned from a training data set. Finally, we contribute in the multi-objective field in the case that some of the objectives cannot be quantified as real numbers but as interval-valued functions. This often occurs in machine learning applications, especially those based on supervised classification. Specifically, the dominance and Pareto front ideas are extended to this setting. Its application to the surface roughness prediction studies the case of maximizing simultaneously the sensitivity and specificity of the induced Bayesian network classifier, rather than only maximizing the correct classification rate. Intervals in these two objectives come from a honest estimation method of both objectives, like e.g. k-fold cross-validation or bootstrap

Predicción de fuerzas de corte y topografía superficial para la mejora de fresado de rotores de álabes integrados.

179 p.Los rotores de álabes integrados consisten en discos rotativos con álabes fabricados en una sola pieza, los cuales están siendo cada vez más utilizados en los motores aeronáuticos debido a sus ventajas en cuanto a fiabilidad, reducción del peso, eficiencia y reducción de ruido. Estos componentes plantean uno de los problemas más difíciles desde el punto de vista del mecanizador, ya que se combinan tres factores críticos: 1) el fresado de superficies complejas en 5 ejes continuos, 2) materiales de baja maquinabilidad que generan grandes fuerzas de corte y altas temperaturas durante el mecanizado y, por último, 3) presencia de paredes delgadas y estructuras poco rígidas que son propensas a deformarse o vibrar durante el mecanizado.En este trabajo se define una metodología fiable de diseño y verificación de operaciones de fresado en cinco ejes de IBR-s. En una primera fase experimental de fabricación de geometrías de impeller y blisk, se han estudiado y analizado los diferentes tipos de operaciones de desbaste y acabado, así como lasherramientas de geometría tradicional y las de nuevo diseño. En concreto, existe gran interés enintroducir las nuevas geometrías de fresa de barril en el sector aeronáutico en operaciones desemiacabado y acabado de álabes. El elevado radio de curvatura del contorno permite reducir el númerode pasadas, y por lo tanto el tiempo de mecanizado, sin aumentar el tamaño de la herramienta.Para completar la metodología propuesta se han desarrollado herramientas predictivas de la topografía yrugosidad superficial de la pieza, y de las fuerzas de corte del proceso. Por un lado, se ha validado unmodelo de predicción basado en la substracción de sólidos, para operaciones de fresado periférico confresa cilíndrica considerando la flexión estática de la pared. Por otro lado, se han desarrollado dosmodelos enfocados a las operaciones de cinco ejes con fresas de barril. El primero de ellos permite simular la topografía y rugosidad teniendo en cuenta el runout de la herramienta y la orientación de la fresa. El segundo modelo propuesto predice las fuerzas de corte en mecanizados utilizando fresas de barril, para condiciones de corte estacionarias y en las que no se producen de flexión de pieza o herramienta