Turn+: Torneaketa-prozesua, seguruagoa eta eskuragarriagoa

Gipuzkoako Ingeniaritza Eskola (EHU). CFAA Fabrikazio Aeronautiko Aurreratuko Zentroa (EHU).

Institute of Advanced Materials for Sustainable Manufacturing, Tecnológico de Monterrey.

Zabaldu:
Twitter
Facebook
Emaila

Torneaketa antzinatik ezaguna den mekanizazio-prozesu bat da, baina, hala ere erronka handiei aurre egiten jarraitzen du, ebaketa-prozesu berrien garapenarekin, kinematika berritzaileekin eta azken teknologiako erremintekin. Pieza edo erremintaren (edo bietako baten) zurruntasun faltagatik sortzen diren bibrazioak dira oztopo nagusia, eta horrek produktibitateari eta piezen kalitateari eragiten die. Programak badauden arren, garestiak izaten dira eta prestakuntza espezifikoa behar izaten dute. Turn+ aplikazioa Euskal Herriko Unibertsitateak eta Monterreyko Teknologikoak garatu dute, erabakiak hartzeko soluzio erraz eta eskuragarri gisa, eta torneaketa- eta mandrinaketa-prozesuetan prozesuaren datu giltzarriak zenbatesteko aukera eskaintzen du (hala nola indarrak, potentzia, egonkortasuna edo zimurtasuna).

Turn+ aplikazioa torneaketa-prozesuen simulaziorako eta optimizaziorako garatu da, bibrazio nahiz kalitate-arazoak aurreikusteko. Hona hemen nola egin behar den lan tresna horrekin.

Lehenik eta behin, hasierako parametroak finkatu behar dira (1. irudia):

Erreminta-mota eta geometria: aplikazioak erreminta-mota desberdinak ditu aukeran: punta biribila (zirkularra, R), triangeluarra (T), edo erronboidala (C, D, V). Horietako bakoitzak geometriari dagokion Kr (posizio-angelua) edota re (punta-erradioa) aldagaiak definitzea eskatzen du.
Ebaketa-koefizienteak (materiala): ebaketa-koefizienteek (Kf, Kn) materialaren erremintarekiko erresistentzia mekanikoa, elastikotasuna edota malgutasuna islatzen dituzte. Teorian, parametro horiek ez dute eraginik zimurtasunean ebaketa egonkor baten aurrean (zimurtasunaren formula teorikoan, $Ra = {f^2 \over 32r}$ non f aitzinapena eta r plakaren erradioa diren). Hala ere, sistema malguetan (erreminta oso luzeak, pareta meheak, eta abar), ebaketa-indarren magnitudeak —eta, beraz, koefizienteek— guztiz baldintzatzen dute bibrazio-joera.
Moduak eta torneaketa-mota (kanpokoa edo barnekoa): Turn+ aplikazioa exekutatu aurretik sistemaren parametro modalak lortu behar dira (adibidez, inpaktu-entseguen bitartez). Antolatuta dagoen moduan, oso erraz hartuko dira kontuan hiru parametro modalak: maiztasun naturala, zurruntasuna eta moteltze-tasa. Horrekin batera, torneaketa-mota definitu behar da: gure kasuan, funtsezkoa da kanpoko torneaketa (zilindraketa) edo barrukoa (mandrinaketa) hautatzea. Hasiera batean, Z eta X norabideko moduak bakarrik hartzen dira kontuan analisietan.

Hiru multzo horiek konfiguratu ondoren, Turn+ prest dago simulazioei ekiteko.

1. irudia: Turn+ aplikazioa: sarrera-datuak.

Turn+ aplikazioaren funtzioak

Behin hasierako parametroak behar bezala definituta, Turn+ aplikazioak simulazio dinamikoa abiarazten du. Sistemaren portaera gobernatzen duten ekuazio dinamikoak hainbat biraketa-abiadura (abzisetan) eta ebaketa-sakonera (ordenatuetan) tarteetan ebazten dira. Horrela, Euler integrazio-teknikaren bidez, ebaketa-indarrak denboran kalkulatzen dira, parametro dinamikoak, ebaketa-koefizienteak eta erremintaren geometria kontuan hartuta. Istanteko ebaketa-indarrek eragindako azelerazioa, abiadura eta posizioa etengabe eguneratzen dira.

2. irudia. Emaitzak: koloretako egonkortasun-mapak, indar dinamikoen araberakoak (ezkerrean); aldagai anitzeko bistak (eskuinean).

Chatter bibrazioak hasten diren atalasea identifikatzen da, baldin eta biraketa-abiadura jakin baterako, ebaketa-sakonera handitzean, indar dinamikoen maximoaren eta minimoaren arteko diferentzia oso sentikor bihurtzen bada. Hori gertatzen denean, bibrazio-lobulu baten barruan sartu garela esan nahi du, eta horrek ebaketa-eremu ezegonkorra markatzen du. Diagramek ez dute egonkortasun-muga absoluturik ematen, baizik eta ezegonkortasunerako joera edo gradiente bat. Horregatik, lobulu-diagramarekin batera, gailurrez gailur indar dinamikoetan adierazita (2. irudia, ezkerrean), aldagai anitzeko diagrama bat ere eskaintzen da (2. irudia, eskuinean). Hartan, indar dinamikoen isolerroak, potentzia, txirbil-emaria (MRR, mass removal rate) eta espero den batezbesteko zimurtasuna ere adierazten dira. Horrela, erabiltzaileak mapa bakar batean prozesuaren funtsezko aldagaien zenbatespenen laburpen bat du, produktibitatearen eta piezaren kalitatearen ikuspegitik.

Baina Turn+ ez da horretara mugatzen. Zimurtasun dinamikoa kalkulatzeko gai ere bada kasu jakin baterako. Lehenik, erremintak periodo guztietan (t, t+T, t+2T,...) ibilbide teorikoarekiko sortutako desbideraketak (desplazamenduak) gordetzen dira. Posizio-datu horiekin, posible da arrasto-profila osatzea. 3. irudiak kanpo-torneaketaren kasu zehatz bat erakusten du, zeinean erremintak Z norabidean bibratzen duen.

Horrek ondorio zuzenak ditu piezaren gainazaleko zimurtasun-profilean. Kasu hau egoera ezegonkor bat adierazten ari da, zeinean bai ebaketa-indarrak bai bibrazioak joera txarra duten. Berdez marraztuta dago batezbesteko zimurtasuna (Ra) kalkulatzeko erabiltzen den tartea (trantsitorioak kenduta).

3. irudia. Zimurtasunaren aurreikuspena, bibrazioak (Z-ardatzean) kontuan hartuta.

Horrela, Turn+-ek erabiltzaileari interfaze erraz eta erabilerraz bat eskaintzen dio torneaketa-prozesuan maila ertain-altuan sartzeko. Parametroen hasierako konfigurazio oso bat du, sistemaren geometria kinematiko eta dinamikoaren datuak barne hartzen dituena, baita aldagai garrantzitsuenen inguruko emaitza zehatzak ere. Modu horretan, torneaketa digitalaren aro berrian, Turn+ tresna baliotsua bihur daiteke, bai ikaskuntzarako, bai industriako erabakiak hartzeko. Izan ere, aplikazio honek Mill+ aplikazioarekin hasitako bidea osatzen du.

Bibliografia

[1] G. Urbikain, L.N. López de Lacalle, F.J. Campa, A. Fernández, A. Elías, Stability prediction in straight turning of a flexible workpiece by collocation method, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 54–55, 2012.

[2] G. Urbikain, Predicción de estabilidad en procesos de torneado por el método de colocación por polinomios de Chebyshev, Doktorego tesia, Euskal Herriko Unibertsitatea, UPV-EHU, 2014.

[3] J.A. Palacios, D. Olvera, G. Urbikain, A. Elías-Zúñiga, O. Martínez-Romero, L.N. López de Lacalle, C. Rodríguez, H. Martínez-Alfaro, Combination of simulated annealing and pseudo spectral methods for the optimum removal rate in turning operations of nickel-based alloys, Advances in Engineering Software, Vol. 115, 2018.

[4] G. Urbikain, D. Olvera, Mill+: fresaketa egonkor eta kalitatezkoentzako tresna, Elhuyar, 2024/12/09.