Presentaci

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AUTOMATIZACIÓN DE LOS PROCESOS DE MECANIZADO A
ALTA VELOCIDAD
Estado de la investigación en el INSTITUTO DE
AUTOMÁTICA INDUSTRIAL
José Ramón Alique López
Portugal, Junio 2004
CTRA. CAMPO REAL, Km. 0,200 28500 ARGANDA DEL
REY (MADRID) ESPAÑA TEL. [phone] FAX 91
871 70 50
www.iai.csic.es
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Procesos de fresado a alta velocidad -
Incremento de la productividad (TAV) - Reducción
de fuerzas de corte. - Disminución tiempos de
corte. - Integridad superficial mejorada. -
Proceso más estable (menores vibraciones). -
Textura superficial mejorada. - Mecanizado
paredes delgadas (aeronáutica). - Reducción de
espirales de viruta.
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Características mecanizado a alta velocidad -
Incertidumbre (vaguedad y ambigüedad) y
conocimiento incompleto. Nuevos retos - Alta
velocidad. - Incorporación de funciones
objetivos.
Nuevo paradigma Maximizar la tasa de arranque de
viruta, minimizando la tasa de desgaste de la
herramienta y manteniendo la calidad, dimensional
y superficial, de TODAS las piezas mecanizadas.
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Nuevas estructuras de control jerárquico
multinivel - Nivel máquina Optimizar el
comportamiento dinámico de la máquina. - Nivel
proceso Incrementar la productividad
extremando parámetros tecnológicos sujeto a
restricciones. - Nivel supervisor Dirigir
el proceso de forma optimizada de acuerdo con
la función objetivo establecida.
Nivel máquina Sistemas CNC de arquitectura
abierta actuales
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(No Transcript)
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• Nivel proceso
• - Control de variables de proceso que afectan
  directamente la
• productividad de la máquina.
• - Control de las fuerzas de corte.
• Control de las fuerzas de corte
• - FK dß vg fa (ganancia K dß vg)
• - Proceso de ganancia variable.
• Técnicas de Control adaptativo
• - Ganancia variable con estimación explícita de
  parámetros
• - Modelo de referencia
• Controlador con linealización
• Con transformación logarítmica
• Controlador no lineal
• Controlador robusto.

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Control de fuerzas de corte basado en técnicas
de Inteligencia Artificial - Control borroso
autosintonizado. - Control por Modelo Interno
(IMC) Controlador directo inverso (DIC)
Control con ambos modelos
Control borroso
Control por modelo interno
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Sistema sensorial de mecanizado - Monitorización
de la herramienta. - Monitorización del
proceso. - Monitorización de la
máquina. Monitorización estado de la
herramienta - Técnicas de visión artificial. -
Fuerzas de corte, ratio avance/corte. - Emisión
acústica
Peculiaridades mecanizado a alta velocidad y
micromecanizado
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Monitorización del proceso de mecanizado -
Detección de chatter regenerativo. - Predicción
calidad superficial. - Predicción precisión
dimensional. Chatter regenerativo - Incremento
notable fuerzas de corte. - Desgaste anómalo o
rotura de herramienta. - Muy baja calidad
superficial.
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Detección chatter regenerativo - Densidad
espectral de alguna señal característica del
proceso. Utilización de algún valor de umbral
empírico. - Presión sonora / fuerza de corte /
par de corte - Ratio R ( Gs / Gn) 2 Gs
Varianza señal acelerómetro baja frecuencia
Gn alta
R lt lt 1 Chatter regenerativo.
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Acelerómetros, sensores de emisión
acústica, dinamómetros en el cabezal, la bancada
y la mordaza
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Predicción calidad superficial - Integridad
superficial. - Textura superficial. Rugosidad
superficial - Función del filo de corte de la
herramienta. - Función de las propiedades del
material de la pieza.
Influencia directa Fricción - fatiga y
resistencias electrónica y térmica
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Predicción de la rugosidad superficial -
Predicción - no medida - - En-proceso Los
sensores basados en visión o emisión acústica no
han funcionado en el ambiente de taller Modelos
predictivos - Modelos mecanísticos modelado
geométrico. - Modelos empíricos modelado
observacional. - Modelos semiempíricos.
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Modelos empíricos de rugosidad - Modelos
estadísticos, ecuaciones de regresión múltiple
no lineal. - Modelos de Inteligencia Artificial
(neuroborrosos,....) Modelos estadísticos Relaci
ones funcionales del tipo Ra c ha1 fa2 ra3
da4 sa5 Otros añaden la vibración por
revolución. Contribuciones contrapuestas - La
productividad y la rugosidad superficial son
variables de mérito contrapuestas.
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Modelos de Inteligencia Artificial Redes
Neuronales Artificiales (RNA) - Capacidad de
aproximar cualquier función. - Funcionamiento
adecuado en presencia de ruido. - Comportamiento
correcto con falta de datos. - Facilidad para
tener en cuenta interacciones desconocidas. -
Buena generalización.
Las RNA constituyen una buena alternativa en el
caso de inexistencia de modelos analíticos o
cuando un modelo representado por un polinomio de
bajo orden resulta inapropiado.
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El nivel supervisor - Está relacionado
básicamente con la calidad del producto. -
Deberá incorporar todos los factores no
explícitamente tratados y compensados en los
niveles máquina y proceso. - Deberá tener en
cuenta las estrategias de mecanizado
específicas para cada operación. - Deberá
suministrar, en tiempo real, los valores de las
condiciones de corte y variables de
proceso. Funcionalmente - Supresión automática
del chatter. - Control de la calidad,
superficial y dimensional, de las piezas
mecanizadas. - Implementación de las estrategias
de mecanizado.
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Supresión automática del chatter - En base a
los diagramas de lóbulos de estabilidad. - En
base a la modificación (modulación) de la
velocidad de corte. Métodos de
identificación - Métodos analíticos - Métodos
analítico-experimentales, predicción analítica
del chatter donde la función de
transferencia de sistemas de varios grados de
libertad se identifica mediante
ensayos dinámicos estructurales no
destructivos.
Diagramas de lóbulos de estabilidad
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Modificación de la velocidad de corte -
Supresión activa mediante la modulación
adaptativa de la velocidad de corte. -
Supresión pasiva mediante fresas cuyos dientes
están irregularmente espaciados. Control en
proceso de la calidad de las piezas -
Predicción en proceso de la rugosidad
superficial. - Análisis de los factores que
afecten la rugosidad superficial. -
Modificación en proceso de las variables más
asequibles.
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Factores que afectan a la rugosidad
superficial - Parámetros y variables de
mecanizado. - Propiedades de la herramienta de
corte. - Propiedades de la pieza a mecanizar. -
Fenómenos de corte (vibraciones, aceleraciones,
....) Posibles estrategias de control de
rugosidad - Operaciones libres del chatter. -
Valor optimizado de las velocidades de corte. -
Valor optimizado de las velocidades de avance.
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(No Transcript)
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Estrategias de mecanizado de acuerdo con la
función objetivo Sistemas de ayuda a la
programación - Funcionan pre-proceso. -
Simuladores geométricos. - Simuladores del
proceso - En Red, Internet.
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Consideraciones finales - Resultados
notables a nivel laboratorio. Escasa
implantación en taller. - Falta de
coordinación. Se trabaja por modas. -
Escasez de CNC de arquitectura abierta.
- Falta de estandarización de estos procesos.
- Demasiados fracasos prácticos. Líneas de
investigación - Sistemas de
monitorización, supervisión y control embebidos
- Redes de datos, sin cable. -
Papel de Internet. - Localización de
los talleres, máquinas y procesos dejará de
tener importancia.
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(No Transcript)
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Muito obrigado por sua atençao.