Desarrollo e integración de métodos de análisis de sistemas de sujeción en máquinas-herramientas
[SPA] El proceso de diseño de los sistemas de sujeción de piezas a máquinas herramienta consta de cuatro fases: descripción del problema de sujeción de la pieza, análisis del sistema, optimización de las variables de diseño para que realice sus funciones con la mayor corrección posible, y verificación del diseño realizado tanto sobre el montaje sujeción-pieza como en las dimensiones finales obtenidas en el mecanizado. La presente tesis se centra en la fase de análisis, que pretende asegurar la adecuada ejecución de las funciones asignadas al sistema de sujeción dentro del proceso de fabricación. La primera función del sistema de sujeción de piezas a máquinas-herramienta consiste en el posicionamiento de la pieza en la mesa de trabajo en una localización determinada y precisa. La segunda función del sistema de sujeción consiste en asegurar firmemente la posición de la pieza frente a la acción de las fuerzas de corte, para lo que se emplean los llamados mecanismos de apriete. Para el análisis de esta segunda función se estudia el problema desde dos enfoques: el global o estructural, y el local o de contacto. La extensión de ambos permite considerarlos como dos análisis distintos. Como alternativa para realizar este tipo de análisis, se propone un método que utiliza el MEF como herramienta auxiliar sin utilizar elementos de contacto, para que los cálculos sean más rápidos y proporcionen resultados más intuitivos. En los actuales procesos de mecanizado, debido a las exigencias de productividad, las fuerzas de corte y apriete requeridas son cada vez mayores y, por lo tanto, mayor es la probabilidad de que el elemento de fijación o de apoyo deforme plásticamente una superficie ya acabada, además de las imprecisiones que se produzcan en el posicionamiento debido a las deformaciones locales. Los métodos de análisis de tensiones y deformaciones actuales son, o bien analíticos, donde se estudian las geometrías esférica y cilíndrica convencionales; o bien numéricos, como el MEF o el método de los elementos de contorno (MEC), que pueden tratar cualquier tipo de geometría. Sin embargo, se echan en falta métodos que permitan diseñar geometrías de contacto distintas de las esféricas y cilíndricas convencionales, y así, reducir las tensiones superficiales y las deformaciones que deslocalicen la pieza; y cuyo proceso de cálculo sea, a la vez, más eficiente que el aportado por el MEF y el MEC. Esta tesis desarrolla un método de análisis, que con la suficiente aproximación y mínimo coste computacional, es capaz de determinar tensiones, deformaciones y desplazamientos en las geometrías de contacto no convencionales de los elementos de sujeción, y de establecer criterios para su aplicación. Por último, debido a la variedad de los análisis anteriores y la información heterogénea que generan, se desarrolla una base de datos relaciona1 que permite una ágil búsqueda y extracción de los datos críticos. Con ello, se consigue la integración final de los sistemas CAD, CAPP, CAE y CAM para que las variables de diseño seleccionadas aseguren la función de sujeción de la pieza en una posición fija y precisa en la máquina-herramienta, sin que se dañen sus superficies.
Métodos de análisis, Máquina-herramienta, Métodos de optimización, Analytical methods, Optimizations methods, Machine tool
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