Design and analysis of a parallel mechanism for kinematically redundant hybrid planar laser cutting machine

Conventional planar laser cutting machines cannot achieve high accelerations, because the required precision values cannot be achieved due to the high inertial loads. Machines configured as kinematically redundant mechanisms are able to reach 5-6 g acceleration levels since they include a parallel mechanism with a smaller workspace which is exposed to smaller inertial loads. The study presented in this paper focuses on the design of a parallel planar mechanism to be integrated to the main axes of conventional planar laser cutting machines to achieve higher accelerations of the laser head up to 6 g. Parallel mechanism’s conceptual design and dynamic balancing studies are provided along with the joint clearance effect on precision due to having more joint structures.Republic of Turkey Ministry of Science, Industry and Technology & Coşkunöz Metal Form (Project code: 01668.STZ.2012-2

On kinematically redundant planar laser cutting machines

Alışılagelmiş düzlemsel lazer kesme tezgahları XY düzleminde hareket için X ve Y doğrultularında doğrusal kızaklar üstünde eylemi gerçekleştirirken yüksek atalet kuvvetleri etkisi ile hassasiyet kaybı meydana geldiği için yüksek ivmelere çıkamamaktadır. Son yıllarda bazı yurt dışı bazlı firmalar geleneksel düzlemsel lazer kesme tezgahlarına fazladan eyleyici sistem ekleyerek kinematik olarak artıksıl hibrit mekanizmalar oluşturmuş ve kesici kafa için yüksek ivme seviyelerine çıkabilmişlerdir. Bu çalışmada geçmiş çalışmalarda ve piyasada bulunan yüksek ivmeli lazer kesim makinaları incelenmiştir. Lazer kesim makinalarında kullanılabilecek farklı mekanizmalar, bunların birleşimleriyle hibrit makina oluşturulması ve hassasiyet arttırıcı önlemler bildiri kapsamında irdelenmiştir. Makinanın işi en kısa sürede bitirmesi için eyleyici hareketlerini eniyileyecek kinematik olarak artıksıl robot denetleyicileri de bu çalışma kapsamında araştırılmıştır.Conventional planar laser cutting machines with Cartesian XY motion systems cannot achieve high acceleration values while preserving the desired precision values due to high inertial forces. Recently some foreign companies have integrated redundant manipulators to the conventional planar laser cutting machines and hence obtained kinematically redundant hybrid mechanisms in order to achieve high acceleration values for the laser cutting head. This study reviews high acceleration laser cutting machines that appear in previous studies and in the market. Various types of mechanisms that can be used in laser cutting applications, the hybrid machines hence obtained and the measures for increasing precision are investigated. Also the kinematically redundant robot controllers are investigated for optimization of the manipulator motion in order to minimize the process time.İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü ve Coşkunöz Metal Form Endüstri ve Ticaret A.Ş

Modelling of cutting and joining operations of foam metals after production by experimental values

Bu çalışmada, alüminyum köpük malzemelerin ikincil işlemleri incelenmiştir. Köpük metallerin üretim teknolojileri araştırılmış, birbirlerine göre avantajları ve dezavantajları değerlendirilmiştir. Kapalı hücre ve sandviç yapılı numuneler CO2 lazer kesme teknolojisi, tel erezyonla kesim (EDM) yöntemi ve mekanik dairesel döner testere ile kesilmiş, işlenebilirliği incelenmiştir. Sonuçlar birbirleri ile karşılaştırılmış ve taramalı elektron mikroskobundan (SEM) elde edilen görüntüler yardımı ile kesme yüzeyleri ve yapısal değişim incelenmiştir. Köpük malzemeler sahip oldukları gözenekli yapı nedeniyle cıvata bağlantısında bazı kısıtlar ve mukavemet problemleri oluşturmaktadır. Sandviç yapılı alüminyum köpük malzeme numuneleri farklı bir metot (metal dolgulu epoksi ilavesi) kullanılarak birbirlerine vidalama yöntemi ile bağlanmıştır. Cıvata bağlantısı ile birbirlerine bağlanan sandviç yapılı alüminyum köpük malzemeler çekme deneyine tabi tutularak kullanılan yeni yöntemin mukavemet değerleri incelenmiştir. Metal dolgulu cıvata bağlantılı alüminyum sandviç köpük yapı ile köpük metalin kendi çekme dayanımı karşılaştırılmıştır. Deneysel çalışmadan elde edilen değerler, köpük malzemenin çekme mukavemeti formülleri ve sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yapılan analiz sonuçları ile kıyaslanmıştır. Sonlu elemanlar ile analiz yönteminde numuneler üç boyutlu olarak modellenmiş, gerilme ve gerinme şekil değişikliği değerleri hesaplanmış, deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır.In this study, the secondary operations of aluminium foam metals are investigated. Production technology of foam metals are examined and considered between each other according to their positive and negative points. Closed cell structured foam materials samples are cut by CO2 laser cutting technology, EDM (Electrical Discharge Machining) and mechanical rotary circular saw and investigated according to machinability of aluminium foam materials. The results are compared between each other and the cutting surfaces and the structural changes examined by the view of scanning electron microscope (SEM). Due to the porous structure of foam materials, some constrains and strength problems are occured with screw connection methods. Sandwich structured aluminium foam metal samples are joined each other with different method (metal filling epoxy). Sandwich structured aluminium foam metals are joined each other with screw connections and the strenght of this method is investigated by using tensile strenght test. The tensile strenght of the metal filled screw joined aluminium sandwich foam structure and one-piece aluminum sandwich structure are compared. The values obtained from experimental studies are compared with the foam materials tensile strenght formulas and with the result of finite element analysis. Samples are modelled as 3D structure and stres strain values are calculated with finite element analysis and compared with experimental results

Theoretical and experimental study about machining 1050 quality steel with coated and uncoated carbides

Tezin konusu, son zamanlarda talaş kaldırma alanında ortaya atılan kum tornalama yoluyla çok katlı ve kaplamasız takımların performanslarının incelenmesi ile ilgilidir. "İmalat Çeliklerinin Ortogonal Tornalanması İşlemlerinde Kesme Kuvvetlerinin Modellenmesi ve Kesici Uç Kaplama Malzemelerinin Etkilerinin İncelenmesi " adı altındaki tezde deneysel çalışmalarımız için üç farklı kesici takım seçilmiştir. Giriş bölümünde maliyet faktörünün talaşlı imalattaki yeri incelenmiş, kuru talaş kaldırma işleminin tanımı yapılmış ve bu eğilimin nedenlerinden bahsedilmiştir. Takımların ve tezgahların tarihsel gelişimleri hakkında bilgi verilmiştir. İkinci bölümde talaş kaldırma teorisi üzerinde kabaca durulmuş ve konu hakkında bir miktar açıklamalar yapılmıştır. Takım ömrünü belirleyici faktör olan takım aşınması incelenmiş ve bunların oluşumları literatürdeki bilgiler çerçevesinde açıklanmaya çalışılmıştır. Serbest yüzey aşınması VB ve krater aşınması KT ile gösterilmiştir. Aşınma - ömür bağıntıları Taylor denklemine göre incelenmiş ve konu ile ilgili bağıntılar verilmiştir. Üçüncü bölümde kesici takım malzemeleri tanıtılmış, kullanım alanları ve özellikleri hakkında bilgilere yer verilmiştir. Günümüzün en çok kullanılan kesici takım malzemeleri açıklanmış ve bu malzemelerin yapısal özellikleri üzerinde durulmuştur. Dördüncü bölümde ise tezimizde deneysel olarak inceleyeceğimiz kaplamalı ve kaplamasız kesici uçlarla ilgili bilgiler sunulmuştur. Her kaplama tabakasının üretim yöntemleri ve özellikleri hakkında açıklamalar yapılmış, bu yöntem ve tabakaların birbirleri ile olan ilişkilerine, karşılaştırmalarına değinilmiştir. Kaplama yöntemlerinden CVD ve PVD hakkında işlem proseslerini içeren bilgiler sunulmuş ve CVD işleminde oluşan Eta fazı anlatılmıştır. Ayrıca bu konuda literatürde yapılan deneysel çalışmalara yer verilmiştir. Deney faktörlerinin ve deney düzeneğinin açıklandığı Bölüm 5'te; deneylerin amacı, kullanılan tezgah, kesme kuvvetlerini ölçen dinamometre, kullanılan yazılım, kesici takım malzemeleri ve geometrileri, iş parçası malzemesi ile ilgili bilgiler anlatılmıştır. Kaplamalı takım olarak TiC+TiCN+TiN çok katlı ve TiC+Al203+TiN çok katlı kaplamalı takımlar kullanılmış, taban malzeme olarak da sinterlenmiş tungstenu karbür seçilmiştir. Kaplamasız takım olarak ise 3 faz yapılı (WC+Co+TiC/TaC/NbC) sinterlenmiş tungsten karbür takım kullanılmıştır. Deney sonuçlarının işlendiği Bölüm 6'da; kesme koşullan verilmiş, deney esnasında ölçümleri yapılan serbest yüzey aşınması gelişimi ve kesme kuvvetindeki değişimler tablolar halinde ve grafiksel olarak sunulmuştur. Toplam dört deney yapılmış ve herbir deneyde belli kesme uzunluklarında işlem durdurulmuş ve serbest yüzey aşınması mikroskop altında ölçülmüştür. Çap değişimi sebebiyle kesme hızında değişikler meydana gelmiş fakat her malzeme için ortalama kesme hızı değeri dikkate alınmıştır. Elde edilen deneysel verilerle herbir kesici kenarın aşmma-ömür grafikleri çizilmiştir. Son bölümde deney sonuçlan incelenmiş, takımlar arasındaki performans farklılıklan, kaplama tabakalan ve özellikleri ile açıklanmaya çalışılmıştır. Takımların performanslarını; kaldırdıklan talaş hacmi, kesme uzunluklan, kullanılan kesici kenar sayısı ve kesme işlemi için harcadıklan zaman gibi kriterler belirlemiştir. Takımlann performanslan ile şu andaki fiyatlan arasında değerlendirme yapılmış ve performans/fiyat belirlenmeye çalışılmıştır. Elde edilen aşınma grafiklerinin ilk aşınmaya kadar olan kısımları grafiğin yapısını bozduğu için o kısımlar dahil edilmemiş ve düzeltilmiş aşınma-takım ömrü grafikleri çizilmiştir. Regresyon analizi kullanarak bu verilerden polinomik denklemler elde edilmiş ve kolerasyon, belirlilik katsayılan (R2) ile doğruluk oranları hesaplanmıştır. 3., 5., ve 2., dereceden elde edilen bu denklemlerin pratikte kullanımı zor olduğu için doğrusal regresyon ile grafiklerin doğrusal haldeki denklemleri elde edilmiştir. Denklemlerin doğruluk ölçütü olan belirlilik katsayısı tüm doğrusal denklemlerde 0,9 değerinin üzerinde sonuçlar vermiştir. R2 nin 0,9'un üzerinde olması kabul edilebilir olduklarını göstermektedir.The subject of the thesis is related with one of the recent subject in machining area as; examining the coated and uncoated tools performans while dry machining. We choosed three different kind of carbides for our experiments under the thesis with the name of 'Theoretical and Experimental Study About Dry Machining 1050 Quality Stell With Coated and Uncoated Carbides.' In the introduction part, the place of machining cost factor was investigated, the definition of dry machining and the reasons of tendency to this subject was explained. The tools and machines historical development was described. In the second chapter, the theorical machining processes were rudely explained. Tool wear which is determined the tool life was emphasized and its formation was tried to be stated. The flank wear and the crater wear were shown as VB and KT. Tol wear and tool life equations were given and explained. In the third chapter, the cutting tool metarials were described and some informations like their properties and usage areas were given. Recent most using tool metarials were stated and were dwelled upon. In the forth chapter, the coated and uncoated cutting tools which we used in our experiments were detaily described. Some explanations about coatings meterials, production proseses and the relations between these coating metarials with comparisons were given. The most popular two coating technology PVD and CVD were expressed and eta phase formation were also stated. Addition to these subjects in this chapter, experiments about machining with coated and uncoated tools were expounded. Expreriments mechanism and experiments factors were explained in fifth chapter. The informations were given about the tool machine, dynometer, software, cutting tool metarials and geometries, work piece metarial. Three different kind of cutting tool metarials were used. One is TiC+TiCN+TiN coated cementid carbide, other is TİC+AI2O3+TİN coated cementid carbide and the last one is uncoated cementid carbide. In the sixth chapter, cutting conditions while machining with coated and uncoated carbide, the development of flank wear and the variation of cutting forces were expressed by tables and charts. Totaly 4 main experiments were made and in everyIV experiment, the presses was stopped several times according to the cutting lenghts and the measurement of wears were made by microscope. Because of the changing of workpiece diameters, cutting speed was also varied. But the avarage value was considered as valid. With the datas which were taken from expriments, the tool life and tool wear charts were drawn. Finally, in the last chapter, the experiments results were investigated and the performance differences between tools were tried to explained by the coating layers differences. The tool performance was considered according to their machined layer volume, total cutting lenght, the number of used cutting edge and spent time for machining. The comparisons were made between tools prices and tools performances. The tool life-tool wear charts which were drawn from the experiments data werent used directly. The beginning of wears were not included the new charts. Because these parts are removed the charts characteristic properties. These new type of chart were called corrected chart. Then by using regression analys, the equations were created with minimum fault. R2 is show the truth level of our equations. As close as R2 to 1, this means it is very close to the real value. Instead of using high level equations, reducing their degrees to a linear form, they were become easy to use

Düzlemsel yüzeyde çalışan lazer işleme makinası

Bir sabit gövde, sabit gövde içerisinde hareket edebilir şekilde sağlanan bir tezgâh, sabit gövde ile tezgâhı kısmen örtebilecek şekilde irtibatlı hareketli bir taşıma gövdesi ve taşıma gövdesi üzerinde sağlanan üzerinde lazer kafanın konumlandırıldığı bir taşıyıcı gruba sahip bir lazer işleme makinası, bilhassa bir lazer kesme makinası ile ilgilidir

Düzlemsel yüzeyde çalışan lazer işleme makinası

Bir sabit gövde, sabit gövde içerisinde hareket edebilir şekilde sağlanan bir tezgâh, sabit gövde ile tezgâhı kısmen örtebilecek şekilde irtibatlı hareketli bir taşıma gövdesi ve taşıma gövdesi üzerinde sağlanan üzerinde lazer kafanın konumlandırıldığı bir taşıyıcı gruba sahip bir lazer işleme makinası, bilhassa bir lazer kesme makinası ile ilgilidir

Aşırı kısıtlı bir mekanizmanın kalibrasyonunda saklı robot kavramının uygulanması

Aşırı kısıtlı mekanizmaların sağladığı direngenlik, hafif yapı gerektiren ve bunun yanında yüksek seviyede kuvvetlere maruz kalınan uygulamalarda yüksek hassasiyet değerlerine ulaşmak için tercih edilebilmektedir. Yapılan çalışmada yüksek ivme değerlerine (>5g) çıkabilecek şekilde kollarında paralelkenar devreler ile desteklendiği için aşırı kısıtlı olan, 2 serbestlik dereceli, düzlemsel bir 6-kol mekanizması tasarlanmış ve üretilmiştir. Geliştirilen sistemin hassasiyet ve tekrarlanabilirlik testleri öncesi kalibrasyonu yapılması için düz ve ters kinematik çözümlerinin parametrelerinin düzenlenmesi gerekmiştir. Mekanizmanın karmaşıklığı nedeni ile analitik ters kinematik çözümü mevcut değildir. Bu durumla başa çıkmak için saklı robot yöntemi adı ile literatürde yer bulan yöntem kullanılmıştır. Bu bildiride saklı robot yöntemi kullanılarak gerçekleştirilen kalibrasyon prosedürü anlatılmıştır.SanTez ve TÜBİTA

Aşırı kısıtlı bir mekanizmanın kalibrasyonunda saklı robot kavramının uygulanması

Aşırı kısıtlı mekanizmaların sağladığı direngenlik, hafif yapı gerektiren ve bunun yanında yüksek seviyede kuvvetlere maruz kalınan uygulamalarda yüksek hassasiyet değerlerine ulaşmak için tercih edilebilmektedir. Yapılan çalışmada yüksek ivme değerlerine (>5g) çıkabilecek şekilde kollarında paralelkenar devreler ile desteklendiği için aşırı kısıtlı olan, 2 serbestlik dereceli, düzlemsel bir 6-kol mekanizması tasarlanmış ve üretilmiştir. Geliştirilen sistemin hassasiyet ve tekrarlanabilirlik testleri öncesi kalibrasyonu yapılması için düz ve ters kinematik çözümlerinin parametrelerinin düzenlenmesi gerekmiştir. Mekanizmanın karmaşıklığı nedeni ile analitik ters kinematik çözümü mevcut değildir. Bu durumla başa çıkmak için saklı robot yöntemi adı ile literatürde yer bulan yöntem kullanılmıştır. Bu bildiride saklı robot yöntemi kullanılarak gerçekleştirilen kalibrasyon prosedürü anlatılmıştır.SanTez ve TÜBİTA

On kinematically redundant planar laser cutting machines

Alışılagelmiş düzlemsel lazer kesme tezgahları XY düzleminde hareket için X ve Y doğrultularında doğrusal kızaklar üstünde eylemi gerçekleştirirken yüksek atalet kuvvetleri etkisi ile hassasiyet kaybı meydana geldiği için yüksek ivmelere çıkamamaktadır. Son yıllarda bazı yurt dışı bazlı firmalar geleneksel düzlemsel lazer kesme tezgahlarına fazladan eyleyici sistem ekleyerek kinematik olarak artıksıl hibrit mekanizmalar oluşturmuş ve kesici kafa için yüksek ivme seviyelerine çıkabilmişlerdir. Bu çalışmada geçmiş çalışmalarda ve piyasada bulunan yüksek ivmeli lazer kesim makinaları incelenmiştir. Lazer kesim makinalarında kullanılabilecek farklı mekanizmalar, bunların birleşimleriyle hibrit makina oluşturulması ve hassasiyet arttırıcı önlemler bildiri kapsamında irdelenmiştir. Makinanın işi en kısa sürede bitirmesi için eyleyici hareketlerini eniyileyecek kinematik olarak artıksıl robot denetleyicileri de bu çalışma kapsamında araştırılmıştır.Conventional planar laser cutting machines with Cartesian XY motion systems cannot achieve high acceleration values while preserving the desired precision values due to high inertial forces. Recently some foreign companies have integrated redundant manipulators to the conventional planar laser cutting machines and hence obtained kinematically redundant hybrid mechanisms in order to achieve high acceleration values for the laser cutting head. This study reviews high acceleration laser cutting machines that appear in previous studies and in the market. Various types of mechanisms that can be used in laser cutting applications, the hybrid machines hence obtained and the measures for increasing precision are investigated. Also the kinematically redundant robot controllers are investigated for optimization of the manipulator motion in order to minimize the process time.İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü ve Coşkunöz Metal Form Endüstri ve Ticaret A.Ş

Design and analysis of a parallel mechanism for kinematically redundant hybrid planar laser cutting machine

Conventional planar laser cutting machines cannot achieve high accelerations, because the required precision values cannot be achieved due to the high inertial loads. Machines configured as kinematically redundant mechanisms are able to reach 5-6 g acceleration levels since they include a parallel mechanism with a smaller workspace which is exposed to smaller inertial loads. The study presented in this paper focuses on the design of a parallel planar mechanism to be integrated to the main axes of conventional planar laser cutting machines to achieve higher accelerations of the laser head up to 6 g. Parallel mechanism’s conceptual design and dynamic balancing studies are provided along with the joint clearance effect on precision due to having more joint structures.Republic of Turkey Ministry of Science, Industry and Technology & Coşkunöz Metal Form (Project code: 01668.STZ.2012-2