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TESIS DOCTORALES

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AUTORES:

Aplicación de técnicas de velocidad variable para la optimización del proceso de rectificado

El objetivo principal del estudio en el que se enmarca la presente tesis doctoral es el desarrollo de estrategias para la optimización de la puesta a punto y del análisis de los procesos de rectificado, centrándose en las configuraciones en penetración del rectificado cilíndrico y el rectificado sin centros y en las configuraciones en vaivén y pasante del rectificado cilíndrico y el rectificado sin centros respectivamente. Dichas estrategias se basan en la aplicación de velocidades variables controladas sobre los parámetros principales que gobiernan el proceso: la velocidad de avance, la velocidad de giro de la pieza (o de la muela reguladora en el rectificado sin centros) y la velocidad de giro de la muela rectificadora.

 

Según estudios previos del grupo de trabajo y basándose en el estado del arte actual, se ha observado que la aplicación de una velocidad de giro de pieza variable es una técnica eficiente para la supresión o reducción de las inestabilidades dinámicas del proceso debidas a vibraciones autoexcitadas o chatter. Para poner en práctica dicha técnica, es necesario conocer los parámetros óptimos de variación (amplitud y frecuencia para una variación sinusoidal), que hasta la fecha se obtienen mediante prueba y error o utilizando modelos de simulación en el dominio del tiempo.

 

En un primer trabajo dentro de esta tesis, se ha completado un análisis previo del grupo de investigación formado por IK4-Ideko y Mondragon Unibertsitatea presentado por David Barrenetxea en el que se aplicaba con éxito la velocidad variable de pieza para la supresión del chatter en el rectificado sin centros en penetración, aplicando una metodología similar para la validación de la eficacia de esta técnica en la configuración en pasante de este proceso y analizando su influencia en el comportamiento (fuerzas de rectificado, rugosidad...) del proceso, debido a la relación directa entre la velocidad de giro de la muela reguladora y el avance transversal.

 

En la utilización de la modelización en el dominio del tiempo para el análisis de la estabilidad con parámetros variables se ha observado un elevado coste computacional, por lo que se ha desarrollado una metodología de análisis de la estabilidad dinámica con parámetros variables mediante la utilización del método de semidiscretización, con el que se consigue una mayor eficiencia en relación al coste computacional sin perder precisión de cálculo. Este método se basa en el análisis de los autovalores de la matriz de transición que relaciona los defectos de dos vueltas consecutivas de pieza y se ha aplicado y validado en las diferentes configuraciones de rectificado analizadas. Con el desarrollo de un software basado en esta metodología, se dispone de una herramienta para la obtención de las combinaciones óptimas de variación de la velocidad de pieza para evitar el chatter. Estas combinaciones se corresponden con frecuencias de variación por debajo de un hercio y amplitudes mayores de un diez por ciento del valor nominal de velocidad en los casos analizados.

 

Por otra parte y aprovechando el desarrollo de la tecnología para la variación continua de los ejes controlados por el CNC de la máquina, se ha implementado un software mediante el cual se realiza una variación conjunta de los parámetros principales que gobiernan el proceso: velocidad de avance, velocidad de giro de pieza y velocidad de giro de muela, definiendo un ciclo de rectificado en penetración, tanto para el rectificado sin centros como para el rectificado cilíndrico. Previamente a la implementación en máquina se ha desarrollado un entorno de simulación desde el cual se definen las estrategias de variación para conseguir ciclos de rectificado óptimos en función de un análisis teórico de la influencia de las variaciones en el comportamiento del proceso, teniendo en cuenta factores como la calidad superficial, las tolerancias dimensionales, las fuerzas y potencia de rectificado, el dañado térmico o la aparición de inestabilidades.

 

Una vez se han definido las variaciones conjuntas de las tres componentes propuestas, se han incluido las estrategias de variación en el software CNC y se han realizado ensayos experimentales en donde se han comparado los ciclos óptimos definidos con ciclos convencionales de velocidades constantes equivalentes en tiempo y sobrematerial a eliminar, ensayos donde se ha observado la mejora en las calidades finales de la pieza y la posibilidad de reducir el tiempo de ciclo para obtener las mismas calidades. Además, cabe destacar la simplicidad de utilización del software, no haciendo falta definir cada una de las etapas de los ciclos convencionales en cuanto a velocidades de avance, cotas y velocidades de giro de pieza.

 

A continuación se hace referencia a los artículos publicados de forma cronológica que componen esta tesis por compendio de publicaciones, en los cuales se exponen los desarrollos planteados en la investigación. Posteriormente se describe en esta memoria el trabajo adicional no publicado donde se completan los objetivos definidos. Cabe mencionar también la petición de una patente en curso mediante la cual se quiere proteger la idea de la definición de ciclos de rectificado mediante la variación continua de los parámetros comentados.

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