Surveillance and prediction of machining results in honing and grinding processes using acoustic emission analysis method

Abstract

(English) Abrasive machining processes are usually applied after turning or milling processes in order to improve dimensional accuracy and to reduce surface roughness of the machined parts. The sound signal contains information about machining processes, and it is possible to use it to monitor and control them, by analysis of received data directly from sound signal during ongoing machining. In this thesis, honing and tangential grinding tests were performed, and the acoustic emission signal was measured and examined. Experimental tests were carried out in order to verify the correlation of the selected machining parameters with the obtained results, regarding surface roughness parameters and shape errors of machined workpiece. In the tests, the acoustic emission signal was recorded, in order to check the possibility to implement to supervising of conducting of abrasive machining in workshop practice. To collect acoustic signals, a unidirectional condenser microphone was employed, and Matlab and Audacity software was used. In honing processes, different experiments were carried out. Rotation speed of the workpiece and feed speed values of the honing head were varied, together with the grain size and density of the honing stones, as well as the pressure value of the whetstones to the honed surface. Selected responses were surface roughness, cylindricity error and material removal rate. As for tangential grinding, three parameters were varied: depth of cut, feed rate and transverse infeed. Responses of the grinding process were surface roughness and material removal rate. In both cases, honing and grinding tests, linear regression models were searched for roughness and for material removal rate, and multiobjective optimization was carried out by means of the Derringer-Suich desirability function. It is possible to supervise the abrasive machining process, both grinding and honing, while the machining is in progress and without interrupting it. The proposed method consists of carrying out machining tests, measuring several responses such as roughness or material removal rate and supervising the received acoustic signals. Afterward, it will be possible to carry out comparative analysis of the acoustic signal on an ongoing basis registered. It was confirmed that it is possible to predict the result parameters of the conducted abrasive machining (including surface roughness profile parameters) by analyzing the recorded acoustic signal.

(Català) Els processos de mecanització amb abrasius se solen aplicar després dels processos de tornejament o fresatge per millorar la precisió dimensional i reduir la rugositat superficial de les peces mecanitzades. El senyal de so conté informació sobre els processos de mecanització, i és possible utilitzar-lo per monitoritzar-los i controlar-los mitjançant l'anàlisi de les dades obtingudes directament del senyal de so durant la mecanització en curs. En aquesta tesi es van fer proves de brunyit i rectificat tangencial, i es va mesurar i examinar el senyal de l'emissió acústica. Es van realitzar proves experimentals per verificar la correlació dels paràmetres de mecanització seleccionats amb els resultats obtinguts quant a paràmetres de rugositat superficial i errors de forma de la peça mecanitzada. A les proves es va registrar el senyal d'emissió acústica per comprovar la possibilitat d'implementar la supervisió de la conducció del mecanitzat abrasiu a la pràctica del taller. Per recollir els senyals acústics, es va fer servir un micròfon de condensador unidireccional i es van utilitzar els programes Matlab i Audacity. En els processos de brunyiment es van fer diferents experiments. Es van variar la velocitat de rotació de la peça i els valors de velocitat d'avanç del capçal de brunyiment, juntament amb la mida de gra i la densitat de les pedres de brunyir, així com el valor de pressió de les pedres abrasives sobre la superfície brunyida. Les respostes seleccionades van ser la rugositat superficial, l'error de cilindricitat i la taxa d'arrencada de material. Pel que fa al rectificat tangencial, es van variar tres paràmetres: profunditat de tall, velocitat d'avanç i avanç transversal. Les respostes del procés de rectificació van ser la rugositat superficial i la taxa d'arrencada de material. En tots dos casos, tant per a brunyiment com per a rectificat, es van buscar models de regressió lineal per a la rugositat i taxa d'arrencada de material i es va fer una optimització multiobjectiu mitjançant la funció d'utilitat de Derringer-Suich. És possible supervisar el procés de mecanització per abrasius, tant de rectificat com de brunyit, mentre la mecanització està en curs i sense interrompre-la. El mètode proposat consisteix a fer proves de mecanització, mesurar diverses respostes com la rugositat o la taxa d'arrencada de material i supervisar els senyals acústics obtinguts. Posteriorment, serà possible realitzar anàlisis comparatives del senyal acústic en base a senyals previs. Es va confirmar que és possible predir els paràmetres de resultat de la mecanització abrasiva realitzada (inclosos els paràmetres del perfil de rugositat superficial) mitjançant l'anàlisi del senyal acústic enregistrat.

(Español) Los procesos de mecanizado con abrasivos se suelen aplicar después de los procesos de torneado o fresado para mejorar la precisión dimensional y reducir la rugosidad superficial de las piezas mecanizadas. La señal de sonido contiene información sobre los procesos de mecanizado, y es posible utilizarla para monitorearlos y controlarlos mediante el análisis de los datos obtenidas directamente del señal de sonido durante el mecanizado en curso. En esta tesis se realizaron pruebas de bruñido y rectificado tangencial, y se midió y examinó la señal de la emisión acústica. Se realizaron pruebas experimentales para verificar la correlación de los parámetros de mecanizado seleccionados con los resultados obtenidos, en cuanto a parámetros de rugosidad superficial y errores de forma de la pieza mecanizada. En las pruebas se registró la señal de emisión acústica para comprobar la posibilidad de implementar la supervisión de la conducción del mecanizado abrasivo en la práctica del taller. Para recoger las señales acústicas, se empleó un micrófono de condensador unidireccional y se utilizaron los programas Matlab y Audacity. En los procesos de bruñido se realizaron diferentes experimentos. Se variaron la velocidad de rotación de la pieza y los valores de velocidad de avance del cabezal de bruñido, junto con el tamaño de grano y la densidad de las piedras de bruñir, así como el valor de presión de las piedras abrasivas sobre la superficie bruñida. Las respuestas seleccionadas fueron la rugosidad superficial, el error de cilindricidad y la tasa de arranque de material. En cuanto al rectificado tangencial, se variaron tres parámetros: profundidad de corte, velocidad de avance y avance transversal. Las respuestas del proceso de rectificado fueron la rugosidad superficial y la tasa de arranque de material. En ambos casos, tanto para bruñido como para rectificado, se buscaron modelos de regresión lineal para la rugosidad y tasa de arranque de material y se realizó una optimización multiobjetivo mediante la función de utilidad de Derringer-Suich. Es posible supervisar el proceso de mecanizado abrasivo, tanto de rectificado como de bruñido, mientras el mecanizado está en curso y sin interrumpirlo. El método propuesto consiste en realizar pruebas de mecanizado, medir varias respuestas como la rugosidad o la tasa de arranque de material y supervisar las señales acústicas obtenidas. Posteriormente, será posible realizar análisis comparativos de la señal acústica en base a señales previas. Se confirmó que es posible predecir los parámetros de resultado del mecanizado abrasivo realizado (incluidos los parámetros del perfil de rugosidad superficial) mediante el análisis de la señal acústica registrada.