Unsur bazlı frezeleme operasyonlarında enerji tüketimi karakterizasyonu ve tüketimi azaltma stratejileri

Abstract

The rapid increase in human population and industrialization has led to a constant increase in energy consumption. Today, electricity production is mostly obtained by burning fossil fuels. The need of reduction in energy demand and the need to use energy more efficiently have arisen due to environmental impacts and the increase in resource availability problems. The industry sector is the leading energy consuming sector. The energy used for manufacturing processes constitutes a significant portion of the energy consumption in industry sector. Machining operations are widely used in manufacturing operations and these operations are carried out by machine tools. These machine tools that are used in machining operations such as milling and turning have a wide application area due to their transaction capabilities. The energy consumption of machine tools should be measured and modeled for a more efficient use. Within the scope of this thesis, a feature (ISO 10303-STEP AP 224) based energy assumption model applicable for milling machine tools is presented. The energy consuming components of the CNC vertical machining center placed in Mechanical Engineering Department Advanced Manufacturing Technology Laboratory are determined and constant values are obtained for modeling the energy consumption of these components. The calculations that are carried out using these obtained values and energy prediction model are compared to the data obtained from experimental cutting, the consistency of the model is measured and consistent results are obtained for milled parts. The total energy consumption proportion of the auxiliary components of the machine tool and how much energy they provide are determined and data are collected to derive energy reduction strategies. In addition to this, the effect of different tool paths that are produced by CAM packaged software on energy consumption is investigated by experimental cuttings for milling operations of a feature. It is found that as the time which depends on tool path length increases, the total energy consumption also increases.

İnsan nüfusunun ve endüstrileşmenin hızla artması enerji tüketiminin de sürekli artmasına yol açmaktadır. Günümüzde elektrik üretiminin büyük bir kısmı fosil kaynaklar yakılarak elde edilmektedir. Gerek bu durumun yarattığı çevresel etkiler gerekse artan kaynak bulunurluğu problemlerinden dolayı enerji talebini azaltma ve enerjiyi daha verimli kullanma gereksinimleri doğmuştur. Sanayi sektörü en çok enerji tüketen sektör konumundadır. İmalat operasyonlarını gerçekleştirmek için harcanan enerji sanayi sektörü enerji tüketiminin önemli bir kısmını teşkil etmektedir. Talaşlı imalat operasyonları yaygın olarak kullanılan imalat operasyonlarından biridir ve bu operasyonlar takım tezgahları vasıtasıyla gerçekleştirilir. Frezeleme ve tornalama gibi talaşlı imalat operasyonlarının gerçekleştirildiği takım tezgahları işlem kabiliyetine göre çok geniş bir kullanım alanına sahiptir. Takım tezgahlarını daha verimli kullanmak için öncelikle tükettiği enerji ölçülmeli ve modellenmelidir. Bu tez kapsamında freze takım tezgahlarında uygulanabilir unsur (ISO 10303-STEP AP 224) bazlı bir enerji tahmin modeli sunulmuştur. Makine Mühendisliği Bölümü, İleri İmalat Teknolojileri Laboratuvarı'nda bulunan BSD (CNC) dik işleme merkezinin enerji tüketen birimleri saptanıp, bu birimlerin tükettiği enerjiyi modellemek üzere sabit değerler elde edilmiştir. Bu değerler ve enerji tahmin modeli kullanılarak yapılan hesaplamalar, deneysel kesim sonucu elde edilen verilerle karşılaştırılarak modelin tutarlılığı ölçülmüş ve frezelenen parça seviyesinde tutarlı sonuçlar elde edilmiştir. Tüketilen toplam enerjinin tezgahın hangi alt biriminden ne kadar karşılandığı tespit edilerek türetilecek enerji azaltma stratejilerine veri sağlanmıştır. Ayrıca bir unsuru frezelemek için BDÜ paket programları tarafından oluşturulan değişik takım yollarının enerji tüketimine etkisi deneysel kesimlerle incelenmiştir. Takım yolu uzunluğuna bağlı kesme süresi arttıkça toplam enerji tüketiminin de arttığı görülmüştür.