مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

استفاده از روش‌های هوشمند در تشخیص آنلاین مقدار سایش ابزار در هنگام فرزکاری با استفاده از تحلیل ارتعاشات

نویسندگان
1 دانشکده مکانیک دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی
2 دانشکده مکانیک ، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی
چکیده
موضوع تشخیص مقدار سایش و شکست ابزار در حین عملیات ماشین‌کاری، یکی از مسائل مهم در کنترل و بهینه‌سازی فرایند ماشین‌کاری اتوماتیک است. در این مطالعه، ارتباط بین سایش ابزار با ارتعاش در دو جهت ماشین‌کاری و عمود بر جهت ماشین‌کاری در هنگام ‌فرز‌کاری بررسی می‌شود. بدین منظور یک سری آزمایش‌ها با ماشین‌فرز عمودی انجام شد. ابزار ساخت شرکت سندویک و قطعه‌کار از جنس 45 CKانتخاب شد. برای اندازه‌گیری مقدار سایش از یک میکروسکوب استفاده گردید. هدف از این تحقیق، استفاده از ساختار هوشمند شبکه عصبی (MLP) و سیستم استنتاج تطبیقی فازی- عصبی (ANFIS) در طبقه‌بندی و تشخیص مقدار سایش و شکست ابزار است. در این تحقیق برای اولین بار برای طبقه‌بندی و پیش‌بینی دقیق حالت سایش و شکست ابزار از پنج مرحله سایش ابزار استفاده شده است. در این تحقیق، با استفاده از تکنیک آنالیز اجزای اصلی (PCA) ابعاد ماتریس ورودی در حد مطلوب کاهش یافت. جهت دست‌یابی به هدف فوق، شبکه‌های مذکور با استفاده از بردارهای ویژگی و مشخصات استخراج شده از طیف‌های فرکانسی و سیگنالهای زمانی، آموزش دیدند. نتایج نشان داد که برای 86 مورد اندازه‌گیری نهایی، شبکه‌های ANFIS و MLP به ترتیب دارای میانگین 91 و 82 درصد موفقیت در تشخیص درست مقدار سایش و شکست ابزار بودند.از آنجایی که شبکه فازی- عصبی در مقایسه با شبکه عصبی در طبقه‌بندی عیوب، نتایج بهتر و قابل قبول‌تری ارائه می‌دهد، می‌تواند به عنوان روشی مناسب در جهت تشخیص هوشمند سایش ابزار بکار برده شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Applications of intelligent methods in online diagnosis of tool wear in milling operation using vibration analysis

نویسندگان English

Mehrdad Khajavi 1
Ebrahim Nasernia 2
1 Shahid Rajaee Teacher Training University
چکیده English

Detection of tool wear and breakage during machining operations is one of the major problems in control and optimization of the automatic machining process. In this study, the relationship between tool wear with vibration in the two directions, one in the machining direction and the other perpendicular to machining direction was investigated during face milling. For this purpose, a series of experiment were conducted in a vertical milling machine. An indexable sandvik insert and ck45 work piece were used in the experiments. Tool wear was measured by a microscope. It was observed that there was an increase in vibration amplitude with increasing tool wear. In this study adaptive neuro - fuzzy inference systems (ANFIS) and multi-layer perceptron neural network (MLPNN) were implemented for classification of tool wear. In this study for the first time, five different states of tool wear was used for accurate tool wear classification. Also to accuracy and speed of the network Principle Component Analysis (PCA) was implemented. Using PCA, the input matrix size was reduced to an acceptable order causing more efficient networks. ANFIS and MLP were trained using feature vectors extracted from the spectrum frequency and time signals. The results showed that for 86 final measurements, the ANFIS and MLP networks were successful in classifying different tool wear state correctly for 91 and 82 percent, respectively. ANFIS due to its high efficiency in diagnosing tool wear and breakage can be proposed as proper technique for intelligent fault classification.

کلیدواژه‌ها English

Tool wear
Signal processing
Principal component analysis (PCA)
multi-layer perceptron neural network (MLPNN)
Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS)