Proyecto de investigación 11130721

Identificación

Nombre: ACTIVE COMPENSATION OF WORKPIECE DEFORMATIONS IN MILLING OF FLEXIBLE COMPONENTS
Entidad Financiadora: FONDECYT – CONICYT
Monto Financiado: $ 70 Mill
Consejo CONICYT: Ciencia
Grupo de estudio: Ingeniería 2
Duración: 3 años
Fecha de inicio: Noviembre de 2013
Fecha de término: Octubre de 2016

Resumen del proyecto

En este proyecto, se propone desarrollar una metodología para compensar las deformaciones con aplicación al mecanizado de piezas de paredes delgadas. La metodología se basa en el uso de actuadores piezoeléctricos para compensar la deformación de la pieza a través de la medición en línea de las fuerzas de corte del proceso. A través de estas señales y a partir de un modelo de fuerzas de corte, un controlador calculará la señal de control al actuador que compensará los errores que ocurren en la trayectoria de la herramienta debido a las deformaciones en el mecanizado.

Para simular y analizar la metodología de compensación, se propone desarrollar un novedoso modelo del proceso de mecanizado, que tomará en cuenta la deformación de la pieza, producto de su flexibilidad.

Una vez que el sistema de mecanizado ha sido modelado y se han agregado los efectos de la compensación de la deformación de la pieza, el modelo de estudio será utilizado para evaluar mediante simulación numérica, la compensación activa de la deformación usando actuadores piezoeléctricos.

La metodología propuesta para compensar las deformaciones de la pieza será validad experimentalmente, haciendo uso de un dispositivo mecatrónico especialmente diseñado para la realizar la compensación dinámica de las deformaciones en tiempo real. El dispositivo mecatrónico permite la variación rápida de la posición de la pieza, con el objeto de compensar la deformación producida debido a las fuerzas de corte. El efecto de la compensación de las deformaciones de la pieza se verificará mediante la medición en línea de las fuerzas de corte y la deformación de la pieza. Además, se medirán los tiempos de fabricación y los errores dimensionales de la pieza. Se espera que la compensación de las deformaciones resulte en menores tiempos de fabricación y en una mejora en la calidad final de la pieza.

Objetivos del proyecto

Analizar por medio de simulación numérica y experimentación, posibilidad de compensar las deformaciones de la pieza durante el mecanizado usando una estrategia de control en tiempo real, basada en el uso de actuadores piezoeléctricos.

Diseñar un sistema mecatrónico de accionamiento piezoeléctrico para compensar las deformaciones en tiempo real.

Desarrollar un modelo de corte original que incluya las deformaciones de la pieza y el comportamiento dinámico del sistema mecatrónico para compensar las deformaciones.

Desarrollar un algoritmo para compensar las deformaciones que tome en cuenta la dinámica del sistema. El algoritmo se basará en el modelo de corte desarrollado previamente.

Implementar el algoritmo de compensación desarrollado, usando el sistema mecatrónico operando en tiempo real.

Determinar por medio de ensayos de mecanizado, la aplicabilidad y desempeño de la metodología de compensación propuesta.

Sectores de aplicación

Los procesos de mecanizado juegan un rol preponderante en la producción de componentes en industrias clave para el desarrollo económico mundial. Esto incluye sectores tradicionales como el aeronáutico, automóvil, plásticos o energía, pero también sectores relativamente nuevos como todos aquellos relacionados con los sistemas micro electro mecánicos (MEMS), en que la miniaturización de los componentes supone nuevos y grandes desafíos al desarrollo de los procesos de fabricación.

En este sentido, una de las dificultades en el mecanizado de piezas de paredes delgadas, presente en la mayoría de los sectores mencionados anteriormente, es la deformación de la pieza debido a su baja rigidez. Este efecto, trae consigo una disminución de calidad del producto y también una pérdida de productividad del proceso. La disminución de calidad viene dada por la deformación de la pieza, que afecta a la trayectoria nominal de la herramienta, produciendo un error en la superficie mecanizada. Por otra parte, la pérdida de productividad del proceso, se debe al uso de condiciones de corte menos severas, con el objetivo de minimizar las deformaciones de la pieza durante el mecanizado.

Se espera que los resultados de este proyecto, contribuyan al conocimiento y desarrollo tecnológico de aplicaciones que permitan abordar soluciones para la fabricación de componentes en los sectores antes mencionados.

Recursos para la ejecución del proyecto

El proyecto se lleva a cabo en dependencias del Departamento de Ingeniería Mecánica, principalmente en el Laboratorio de Tecnologías de Fabricación utilizando recursos para investigación que han sido adquiridos con fondos de CONICYT y fondos propios de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Universidad de la Frontera.

Albúm de imágenes

Empresas colaboradoras