Investigação sobre o potencial da instrumentação de baixo custo na digitalização de máquinas-ferramenta antigas e seu impacto na rugosidade superficial

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Durigan, Paulo de Tarso
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17692
Resumo: Intelligent manufacturing involves the convergence of Industry 4.0 technologies dedicated to modernizing production systems, which require active and real-time management to maximize their processes. In this sense, the integration of new technologies for monitoring manufacturing processes is becoming increasingly urgent to ensure competitiveness. However, many companies have outdated structures in which old and outdated machine tools that do not offer communication or data transmission represent a significant portion of the equipment in operation. The main reasons for this reality are the lack of financial resources for updating the manufacturing park and the lack of strategic vision for the business. Within this context, this study proposes an investigation into the impact of digitizing legacy machine tools on productivity and the potential for improving surface quality through low-cost instrumentation. For the development of this work, low-cost sensors and hardware were installed on a universal lathe for continuous and real-time monitoring of the turning process. Instrumentation based on the IoT (Internet of Things) concept allowed for data collection and exchange with a cloud-based analysis system via a Wi-Fi connection. A rapid prototyping board was used to collect sensor data and transmit it to the cloud platform, allowing for the creation of a history and real-time monitoring of the process. The results confirm the influence of cutting speed and feed rate on surface finish, as described in the literature. The instrumentation used showed good results in monitoring rotation and feed rate. The difference between the rotations (measured by the sensor and the configuration) was less than 4.38%, while the differences in feed rate did not exceed 6.33%. The results of vibration parameters were not as evident due to the low amplitudes presented in the analyzed spectrum. The main reason is associated with the low sensitivity of the accelerometer associated with the use of new cutting edges in each experiment, which reduces the vibration levels of the process. Despite the low amplitudes, it was possible to establish the influence of the RMS values on surface roughness. It is expected that this study will contribute to recent research on manufacturing process monitoring and enable a solid analysis of the benefits of real-time monitoring of machining on universal mechanical lathes.
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In this sense, the integration of new technologies for monitoring manufacturing processes is becoming increasingly urgent to ensure competitiveness. However, many companies have outdated structures in which old and outdated machine tools that do not offer communication or data transmission represent a significant portion of the equipment in operation. The main reasons for this reality are the lack of financial resources for updating the manufacturing park and the lack of strategic vision for the business. Within this context, this study proposes an investigation into the impact of digitizing legacy machine tools on productivity and the potential for improving surface quality through low-cost instrumentation. For the development of this work, low-cost sensors and hardware were installed on a universal lathe for continuous and real-time monitoring of the turning process. Instrumentation based on the IoT (Internet of Things) concept allowed for data collection and exchange with a cloud-based analysis system via a Wi-Fi connection. A rapid prototyping board was used to collect sensor data and transmit it to the cloud platform, allowing for the creation of a history and real-time monitoring of the process. The results confirm the influence of cutting speed and feed rate on surface finish, as described in the literature. The instrumentation used showed good results in monitoring rotation and feed rate. The difference between the rotations (measured by the sensor and the configuration) was less than 4.38%, while the differences in feed rate did not exceed 6.33%. The results of vibration parameters were not as evident due to the low amplitudes presented in the analyzed spectrum. The main reason is associated with the low sensitivity of the accelerometer associated with the use of new cutting edges in each experiment, which reduces the vibration levels of the process. Despite the low amplitudes, it was possible to establish the influence of the RMS values on surface roughness. It is expected that this study will contribute to recent research on manufacturing process monitoring and enable a solid analysis of the benefits of real-time monitoring of machining on universal mechanical lathes.A manufatura inteligente consiste na convergência entre tecnologias da Indústria 4.0 dedicadas à modernização dos sistemas produtivos, os quais apresentam uma crescente demanda por gerenciamento ativo e em tempo real para maximizar seus processos. Nesse sentido, a inserção de novas tecnologias para o monitoramento dos processos de fabricação é cada vez mais urgente para garantir a competitividade. No entanto, muitas empresas possuem estrutura defasada, na qual máquinas-ferramenta antigas, desatualizadas e que não oferecem comunicação ou transmissão de dados representam parte significativa dos equipamentos em operação. Entre os principais motivos dessa realidade estão a falta de recursos financeiros para atualização do parque fabril e a falta de visão estratégica do negócio. Dentro desse contexto, o presente trabalho propõe um estudo sobre o impacto da digitalização de máquinas-ferramenta antigas na produtividade e o potencial de melhoria da qualidade das superfícies geradas por meio de instrumentação de baixo custo. Para o desenvolvimento deste trabalho, sensores e hardware de baixo custo foram instalados em um torno universal para o monitoramento contínuo e em tempo real do processo de torneamento. A instrumentação com base no conceito IoT (Internet of Things), permitiu a coleta e troca de dados com um sistema de análise em nuvem através de conexão Wifi. Uma placa de prototipagem rápida foi utilizada para coletar os dados do sensor e transmitir para a plataforma em nuvem, permitindo a criação de um histórico e o acompanhamento do processo em tempo real. Os resultados confirmam a influência da velocidade de corte e do avanço no acabamento superficial, como descrito na literatura. Já a instrumentação utilizada apresentou bons resultados no monitoramento da rotação e do avanço. A diferença entre as rotações (medida pelo sensor e de configuração) foram menores que 4,38%, enquanto as diferenças no avanço não ultrapassaram 6,33%. Os resultados dos parâmetros de vibração não ficaram tão evidentes em função das baixas amplitudes apresentadas no espectro analisado. O principal motivo está associado à baixa sensibilidade do acelerômetro associado ao uso de arestas de corte novas em cada experimento, o que reduz os níveis de vibração do processo. Apesar das baixas amplitudes, foi possível estabelecer a influência dos valores RMS na rugosidade da superfície. Espera-se que o presente trabalho contribua para as pesquisas recentes em monitoramento de processos de fabricação e que permita uma análise sólida sobre os benefícios do monitoramento em tempo real da usinagem em tornos mecânicos universais.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEMecUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessMonitoramentoMáquinas-ferramentaDigitalizaçãoInstrumentaçãoBaixo custoMonitoringMachine toolsDigitalizationInstrumentationLow-costENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAOENGENHARIASInvestigação sobre o potencial da instrumentação de baixo custo na digitalização de máquinas-ferramenta antigas e seu impacto na rugosidade superficialInvestigation into the potential of low-cost instrumentation in digitalization of legacy machine tools and its impact on surface roughnessinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis600600e25bf601-09ae-4b03-9190-e9a2dfd85fb2reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17692/2/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52ORIGINALDissertação - Paulo de Tarso Durigan.pdfDissertação - Paulo de Tarso Durigan.pdfDissertação de Mestradoapplication/pdf3674637https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17692/1/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20-%20Paulo%20de%20Tarso%20Durigan.pdf265f987d9951d7b53570f1907eb3747eMD51TEXTDissertação - Paulo de Tarso Durigan.pdf.txtDissertação - Paulo de Tarso Durigan.pdf.txtExtracted texttext/plain103432https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17692/3/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20-%20Paulo%20de%20Tarso%20Durigan.pdf.txt4fad83698265c32c21c4fe8f322c7655MD53THUMBNAILDissertação - Paulo de Tarso Durigan.pdf.jpgDissertação - Paulo de Tarso Durigan.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7978https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17692/4/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20-%20Paulo%20de%20Tarso%20Durigan.pdf.jpg1f18c97d59b62fdaf3ee4413e0454b2eMD54ufscar/176922023-09-18 18:32:35.85oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/17692Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:35Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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