Autonom maskinering av dype komplekse hull

Sandvik Teeness is a company within the Sandvik Coromant group, which is a large global supplier of tools metal machining. Sandvik Teeness develops and manufactures vibration-damped tools for demanding machining tasks, where long tools are included. Common applications for the tools are production of parts for the aviation- or the oil & gas industry. These components require complex machining of large blanks, with deep holes and cavities. These components are made from large workpieces in expensive materials and with strict accuracy requirements. The machines in which processing takes place are closed-end machines that operate with advanced control system. Thus, the operator cannot see or hear information from the machining process when the finest and most important machining operations take place, those that are to create the final tolerances and surface finish. In this type of processing, high process security is required, and advanced functionality for monitoring and controlling the process is desirable. The overall idea of the project is to develop turning tools and associated systems that enable autonomous machining of deep, complex holes. The active regulation looks at the project in two different directions: Machine-loop and Tool-loop. Great progress has been made in both areas. New sensors have been developed for vibration and force monitoring. These sensors provide new possibilities for capturing data with high quality and high speed, which is needed to be able to perform autonomy in processes. Within Machine-loop, a lot of work has been around understanding how the connection between tools and the machine control can be made. The project has developed advanced algorithms to process the signals. This is everything from calibration processes to the ability to correct the machining process. Correction of the machining process is done by tracking the deviation from programmed geometry to the calculated geometry. This happens continuously during the process and the system will quickly correct the deviations, so that the component being machined is correct. The machining process becomes autonomous. Tool-loop sees autonomy from a different perspective. Here the tool itself takes care of the regulation of the process. The tool recognizes what is happening with deviations from the normal position and corrects itself. A demonstrator as a testbed has been developed. These tests are more of a basic nature and more research and development is required to reach a high enough technological level for sale. The project has carried out research and development in various stages where something is almost ready for sale and other elements need more development. In essence, the project has delivered a lot of technological know-how which will in the future come out in salable products.

Prosjektet har vært en suksess for bedriften både hva gjelder FoU resultater og de produkter dette potensielt vil bli, og den posisjon bedriften har innenfor dette området. Det finnes en rekke tilbydere av maskineringsverktøy verden over. Blant disse er Sandvik Coromant helt i spissen hva gjelder kvalitet og innovasjon. Det er viktig å fortsette å styrke dette og den kompetansen og produktene som prosjektet har bidratt til, er helt sentrale. Innenfor denne typen digitale verktøy, er vi pr i dag den eneste som kan tilby denne unike kombinasjonen av dempet og sensorert verktøy. Og innenfor Coromant, er miljøet i Trondheim det som er lengst fremme hva gjelder sensorering av verkøty. Under året har det vært gjort en større vurdering innad i Coromant ift videre satsing innom digital maskinering, og det har blitt besluttet at man skal satse videre på miljøet i Trondheim og bygge videre på den kompetansen som vi har skaffet oss i Autonoma og førløperen Intellma. Vi har derfor kunnet rekruttere til en ny avdeling for utøke denne gruppen. Dette vil fortsette ytterligere. En medvirkende årsak til dette er også vårt gode samarbeid med Sintef Digital, og andre partnere i Trondheim og Trøndelag. Både vi i bedriften og konsernet ser verdien av å bygge kompetanse i teknologihovedstaden Trondheim, særlig når de prosjekter vi gjennomfører leverer på de mål som er satt, slik Autonoma har gjort. Vi har tidligere ikke vært særlig synlig innenfor det digitale området, sammenlignet med andre teknologibedrifter i området. Men det som er skapt i Autonoma og Intellma er svært konkret og lett formidlingsbare eksempler som gjør det lettere å tiltrekke kompetanse både fra NTNU og Sintef, og bli en mer attraktiv partner for andre teknologibedrifter. Satsingen vår vil således også dryppe på våre samarbeidspartnere som er norske og stort sett lokale.

Sandvik Teeness utvikler og produserer vibrasjonsdempede verktøy for krevende maskineringsoppgaver. Vanlige anvendelser for verktøyene er produksjon av deler til flyindustrien eller olje- og gassindustrien, der man bearbeider store arbeidsstykker i kostbare materialer og med strenge krav til nøyaktighet. I denne typen bearbeiding er det nødvendig med høy prosessikkerhet, og det er ønskelig med avansert funksjonalitet for overvåking og styring av prosessen. Prosjektets overordnede ide er å utvikle dreieverktøy og tilhørende system som muliggjør autonom maskinering av dype komplekse hull. Bearbeiding av dype hull, er krevende siden prosessen fort blir ustabil. Det medfører at verktøy vibrere og det bøyer av, slik at dimensjoner og overflatekvalitet avviker fra målet. Innebygde sensorer vil gi tilbakemelding om bearbeidingsprosessens forløp, fange opp vibrasjoner som oppstår og overvåker avbøyning av verktøyet. Dette gir grunnlaget for å påvirke skjærposisjonene og utføre en kompensasjon. Selve den aktive reguleringen skal prosjektet se på i to ulike retninger, Machine-loop og Tool-loop. I Machine-loop reguleringen vil selve CNC maskinene stå for den aktive korrigering. Verktøyet og det tilhørende systemet vil kalkuler hvor skjærspissen er. Dette vil skje i algoritmer tilpasset verktøyet og skjærprosessen og kommandoer sendes direkte til det kjørende programmet i maskinen. I Tool-loop utvikles et aktivt reguleringssystem som befinner seg inne selve verktøyet. Dette skal utvikles for å motvirke vibrasjoner som kan oppstå i bearbeidingen. Her må det det utvikles et komplett embededsystem som får signaler fra prosessen og aktive system for å gjøre en mikro korrigering. Det vil kreve mye av signalbehandlingen, og kreve en dyptgående forståelse for hva som blir resultatet av bearbeidingsprosessen. Sensorering og oppkobling av digitale verktøy i maskin er i sterk utvikling i Industri 4.0. Dette prosjektet er en del av dette.