Akıllı CNC ifadesi, kesme süreci içerisinde toplanan verilerin yerelde işlenmesi ve anlamlandırılması ile kesme sürecini tanımlayan buna göre kendi kendini optimize eden takım tezgâhları fikrini belirtmektedir. Frezeleme kuvveti doğrudan kesme koşullarındaki değişikliği ve takım-iş parçası etkileşimini yansıttığı için kesme kuvvetlerinin bilinmesi kendi kendini optimize eden takım tezgâhları için hayati öneme sahiptir. Dinamometre ile kuvvet ölçümü akademik literatürde yaygın olmakla birlikte maliyeti yüksektir ve fikstür gibi gereksinimler nedeniyle endüstride uygulanabilir değildir. Bunun yanında özellikle yüksek frekanslarda, dinamometrenin veya üzerindeki parçanın kendi dinamiği de etkili olmakta, ölçülen kuvvet gerçekte oluşan kesme kuvveti belirtmemektedir. Literatürde kesme kuvvetlerinin ivme ölçer ve iş mili motor akımı gibi veriler ile kestirilmesine yönelik çalışmalar mevcuttur. Kalman filtre ile anlık kuvvet kestirimi yapmak mümkün olup literatürdeki çalışmalarda frekans tepki fonksiyonuna uydurulan yüksek mertebeli dinamik sistem modellerinin kullanıldığı görülmektedir. Literatürde yapılan büyük boyutlu durum geçiş matrisleri hesaplama yükünü boyutun karesi ile arttırdığından gerçek zamanlı çalışma için uygun değildir.

Bu çalışmada özgün iki kademeli bir kuvvet kestirim algoritması önerilmektedir. İlk kademe, fiziksel model tabanlı görece küçük boyutlu bağımsız kalman filtreler yer almaktadır, ikinci kademede filtre çıktılarının veri (sensor) füzyonu ile kuvvet kestirim doğruluğu arttırılmaktadır. İlk kademede iş mili ve x-y-z eksenlerine ait parametrik model tabanlı kalman filtreler ile çoklu ivme geri beslemesi ile çalışan durum geçiş matrisi sadece bilinmeyen kuvvet katsayılarından oluşan ek bir Kalman filtre bulunmaktadır. Görece düşük mertebeli bu filtreler gerçek zamanlı uygulamaya uygun olup, veri füzyonu ile ayrı ayrı kullanıldığında ortaya çıkan belirsizlikten daha az belirsizlik içeren bir kuvvet kestirimin yapılabilmektedir. Proje kapsamın yapılacak çalışmalar laboratuvarımızda modern sürücü ve motor sistemler ile yenilenen Deckel freze tezgahında yürütülecek olup, motor hız, gerçek ve referans d-q akımları, voltajları, eksen konumları vb. birçok CNC içi sinyallere yüksek frekansta erişim mümkündür. Yapılacak çalışmada farklı CNC içi verilerin kuvvet kestirimine etkisi incelenecek, bunun yanında en az kaç ivme ölçerin kullanılması ve bunların yerleşim kombinasyonların eniyilenmesi konusunda çalışmalar yürütülecektir. Önerilen özgün kuvvet kestirim algoritmasın uygulama örneği olarak MPC ile kuvvet kontrolü planlanmıştır. İlerleme hızının süreç içerisinde değiştirilerek maksimum kesme kuvvetinin sabit tutulması hedeflenmektedir. MPC ile kesme derinliği değişimlerinde oluşacak çarpma etkileri yumuşatılacağından kesici takımın limit kuvvet değerlerinde çalıştırılması, böylelikle işleme sürelerinin kısaltılması ve iş veriminde artış hedeflenmektedir. Geliştirilen kestirim ve kontrol algoritmalar gerçek zamanlı çalışacak olup, laboratuvarımızda kurulu tezgâhın CNC ünitesine entegre edilecek örnek kesme testleri ile başarımı doğrulacaktır.

Endüstri 3.0 olarak tanımlanan otomasyon teknolojileri ile operatörün ilerleme hızını ayarladığı manual tezgahlar gitmiş yerine G-kod ile ilerleme hızının girildiği CNC tezgahlar gelmiştir. Endüstri 4.0 olarak tanımlanan yazılım teknolojileri ile kendini optimize eden tezgahların ortaya çıkacağı, ilerleme hızı, iş mili devri gibi parametrelerin adaptif değiştirileceği öngörülmektedir. Önerilen proje Akıllı CNC kavramı ile ilgili olup kendini optimize eden tezgâh konusunda akademik literatüre ve ülkemiz endüstrisine katkı sağlanacaktır.