Pomiar zużycia energii w trakcie cyklu wiercenia termicznego

pol Artykuł w języku polskim DOI: 10.14313/PAR_247/93

wyślij Paweł Błaszczak , Roman Stryczek Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej, Katedra Technologii Maszyn I Automatyzacji, ul. Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała

Pobierz Artykuł

Streszczenie

Praca przedstawia zagadnienie dotyczące pomiaru i analizy zużycia energii w trakcie cyklu wiercenia termicznego. Przedstawiono oparte na tokarce CNC stanowisko badawcze, którego elementem wyposażenia był eksperymentalny układ poboru energii oparty o licznik energii elektrycznej oraz siłomierz. Zastosowane urządzenia pomiarowe pozwalały na rejestrację obciążenia sieci energetycznej, obciążenia napędów obrabiarki, siłę osiową, moment hamujący wiertło, aktualne obroty wrzeciona obrabiarki, pozycję wiertła względem obrabianego materiału i wartości rejestrów parametrów pomocniczych w strategii adaptacyjnego sterowania posuwem. Rozważano dwa przypadki cyklu wiercenia: wykonanie pojedynczego otworu oraz wykonanie szeregu otworów w jednym cyklu. Testowano pięć strategii sterowania posuwem w trakcie cyklu wiercenia, w tym adaptacyjne sterowanie posuwem i rekurencyjną metodę optymalizacji posuwu. Dla porównania wykonano także otwory tradycyjnymi wiertłami krętymi HSS. Na podstawie uzyskanych rezultatów badań można stwierdzić, że metoda wiercenia ciernego może być zaliczona do energooszczędnych metod wykonywania otworów w elementach cienkościennych.

Słowa kluczowe

energochłonność, optymalizacja procesu, sterowanie adaptacyjne, wiercenie termiczne

Measurement of Energy Consumption During a Thermal Drilling Cycle

Abstract

The work presents the issue of measuring and analyzing energy consumption during a thermal drilling cycle. A research stand based on a CNC lathe was presented, the equipment of which was an experimental energy consumption system based on an electricity meter and a force gauge. The measuring devices used allowed for recording the load on the power grid, the load on the machine tool drives, the axial force, the drill braking torque, the current rotation of the machine tool spindle, the position of the drill in relation to the workpiece and the values of auxiliary parameter registers in the strategy of adaptive feed control. Two cases of a drilling cycle were considered: making a single hole and making a series of holes in one cycle. Five feed control strategies were tested during the drilling cycle, including adaptive feed control and a recursive feed optimization method. For comparison, holes were also made with traditional HSS twist drills. Based on the obtained test results, it can be concluded that the friction drilling method can be included in the energy-saving methods of making holes in thin-walled elements.

Keywords

adaptive control, energy consumption, process optimization, thermal drilling

Bibliografia

  1. Afsharizand B., Investigation on quantitative assessment of energy consumption and the associated sustainability performance of CNC milling machines, PhD Theses, Brunel University School of Engineering and Design, 2012.
  2. Lisiecki A., Kurc-Lisiecka A., Brząkała P., Paś M., Technologia flowdrill wiercenia i gwintowania bezwiórowego, „Stal Metale & Nowe Technologie”, Nr 5-6/2018, 27–32.
  3. Eliseev A., Kolubaev E., Friction drilling: a review, “The International Journal of Advanced Manufacturing Technology”, Vol. 116, 2021, 1391–1409, DOI: 10.1007/s00170-021-07544-y.
  4. Stryczek, R., Błaszczak P., Optimal feed rate control strategies for friction drilling, “Facta Universitatis. Ser. Mechanical Engineering”, Vol. 18, No. 4, 2020, 545–564, DOI: 10.22190/FUME200510021S.
  5. Szwałek K., Nadolny K., Characteristics of tool used in the friction drilling method, “Journal of Mechanical and Energy Engineering”, Vol. 2, No. 2, 2018, 109–114, DOI: 10.30464/jmee.2018.2.2.109.
  6. Lenz J., Kotschenreuther J., Westkaemper E., Energy Efficiency in Machine Tool Operation by Online Energy Monitoring Capturing and Analysis, “Procedia CIRP”, Vol. 61, 2017, 365–369, DOI: 10.1016/j.procir.2016.11.202.
  7. Chen X., Li C., Tang Y., Li L., Li H., Energy efficient cutting parameter optimization, “Frontiers of Mechanical Engineering”, Vol. 16, No. 2, 2021, 221–248, DOI: 10.1007/s11465-020-0627-x.
  8. Lee W., Kim S.H., Park J., Min B.K., Simulation-based machining condition optimization for machine tool energy consumption reduction, “Journal of Cleaner Production”, Vol. 150, 2017, 352–360, DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.02.178.