A feasibility study on the application of digital twins for predicting cutting forces in micromilling

The objective of this thesis is to initially create a digital twin of the Kern EVO, an advanced micromilling CNC machine, by using the simulation software VERICUT in such a way that it is possible to mirror, with the highest possible detail, the behaviour of the real machine. This is to be achieved by not only accurately modelling the EVO’s kinematics but also its control, machine settings and the entire microtool library present within the university’s Mi_crolab by using the most detailed information available. Particular attention will be payed to acquiring data directly from the machine in the Mi_crolab and not from a spec sheet thus achieving a high-fidelity digital twin. A second step is to verify the digital twin by simulating a series of NC programs each presenting its own complexities and challenges in order to ascertain the capabilities and the accuracy of the digital twin. These NC programs have either already been used to produce parts or been generated by an accredited CAM and thus present an appropriate benchmark for verification. Lastly, VERICUT Force will be used in a micromilling context in order to investigate its capabilities of correctly predicting cutting forces at the microscale by comparing the predicted forces via its proprietary mechanistic model to those acquired experimentally on the real machine. The chosen test is an expanded version of the calibration procedure detailed by KF Ehmann for determining cutting force coefficients.

L’obiettivo di questa tesi è di inizialmente costruire un digital twin della Kern EVO, un avanzato CNC per la microfresatura, mediante l’utilizzo del software VERICUT in maniera tale che possa riprodurre alla perfezione il comportamento della macchina reale. Tale capacità verrà conseguita non solo mediante una accurata modellazione della cinematica della macchina ma anche del controllo, i settaggi macchina e della intera libreria utensili presenti nel Mi_crolab dell’università utilizzando le informazioni più dettagliate possibili. Particolare attenzione verrà prestata all’acquisizione di informazioni direttamente dal macchinario presente in laboratorio in modo da ottenere un digital twin il più fedele possibile. Il passo successivo è di passare alla verifica del digital twin mediante la simulazione di una serie di part program ognuno con le sue complessità in modo da poter valutare le capacità e la precisione del digital twin. Questi part program sono già stati utilizzati per produrre pezzi o sono stati generati mediante un CAM affidabile e quindi costituiscono una solida base di verifica. Infine, verrà utilizzato VERICUT Force su un caso di microfresatura in modo da poter indagare se le forze previste dal software mediante il suo modello proprietario di natura meccanicistica corrispondono a quelle rilevate mediante prove sperimentali. La serie di esperimenti è una versione allargata della procedura di taratura di Ehmann usata per determinare i coefficienti di taglio.