Autonom maskinering av dype komplekse hull

Sandvik Teeness er et selskap i Sandvik Coromant organisasjonen, som er en stor global leverandør av verktøy for sponbearbeiding av metaller. Sandvik Teeness utvikler og produserer vibrasjonsdempede verktøy for krevende maskineringsoppgaver, hvor lange verktøy inngår. Vanlige anvendelser for verktøyene er produksjon av deler til bla fly og kraftindustri. Disse komponentene har behov for kompleks maskinering av store emner, med dype hull og kaviteter. Disse komponentene maskineres fra kostbare arbeidsstykker og materialer, med strenge krav til nøyaktighet. Maskinene som bearbeiderslike komponenter, er store lukkede maskiner som operer med avanserte styresystem. Operatøren mister dermed mye sanseinntrykk fra maskineringsprosessen når de fineste og viktigste maskineringsoperasjonene foregår, de som skal skape toleransene og overflate finishen. 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. Den aktive reguleringen ser prosjektet på i to ulike retninger, Machine-loop og Tool-loop. Innen begge områdene er det gjort store fremskritt. Det er utviklet nye sensorer for vibrasjon og kraft monitorering. Disse sensorene åpner opp nye muligheter for å fange data med høy kvalitet og høy hurtighet som trengs for å kunne utføre autonomi i prosesser. Innen Machine-loop har det vært jobbet mye med å forstå sammenhengen mellom verktøy og maskinstyringen. Prosjektet har utviklet avanserte algoritmer for å prosessere signalene. Dette er alt fra kalibreringsprosesser til evnen å korrigere maskineringsprosessen. Korreksjon av maskineringsprosessen gjøres ved å avdekke avviket fra programmert geometri til målt geometri. Dette skjer løpende under prosessen og systemet vil hurtig korrigere avvikene, slik at komponenten som maskineres blir korrekt. Maskineringsprosessen blir autonom. Tool-loop ser autonomi fra et annet perspektiv. Her tar selve verktøyet seg av reguleringen av prosessen. Verktøy kjenner av hva som skjer med avvik fra normalposisjon og korrigerer selv. Her er en demonstrator utviklet og testet. Disse testene er mer av grunnleggende karakter og mer forskning og utvikling kreves for å nå et høyt nok teknologisk nivå for salg. Prosjektet har utført forskning og utvikling i ulike steg hvor noe nesten er klart til salg og andre elementer trenger mer utvikling. I hovedsak har prosjektet levert mye teknologisk kunnskap som i fremtiden vil komme ut i salgbare produkter.

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.