Desarrollo de sistemas de control inteligente para incrementar la productividad de procesos de rectificado y asegurar la integridad superficial de la pieza

Resumen

La presente tesis doctoral se enmarca dentro de la línea de Mecanizado de Alto Rendimiento de Mondragon Unibertsitatea, entre cuyos principales objetivos se encuentra el desarrollo de sistemas de control adaptativos para incrementar la productividad en procesos de mecanizado. En el caso del rectificado plano, el objetivo que se está persiguiendo es la elaboración de una herramienta inteligente para asistir al usuario durante la puesta a punto del proceso, así como durante el propio proceso y el posterior control de calidad. Con este fin, es necesario considerar aspectos tales como el dañado térmico, las tolerancias dimensionales, geométricas (planitud) y de rugosidad superficial requerida, y la productividad. Basándose en estos criterios industriales, la herramienta inteligente propondrá al usuario tanto la muela rectificadora más adecuada para la aplicación concreta que se analice como una recomendación para configurar los parámetros del proceso. Durante el rectificado se activará un control adaptativo que modifique las condiciones de trabajo a medida que la muela se desgaste para cumplir con los requisitos de pieza durante intervalos más prolongados entre diamantados. Una vez rectificada la pieza se comprobará la adecuación de esta a las tolerancias exigidas mediante sistemas de medición incorporados en la propia máquina, evitando las mediciones en laboratorio. La presente tesis doctoral cubre las funcionalidades relativas a la medición de la planitud de pieza en la propia máquina, la estimación del grado de desgaste de la muela rectificadora y la predicción de la rugosidad superficial de pieza. Además se ha desarrollado la primera versión de un control adaptativo que ajusta los parámetros del proceso en función de la potencia consumida, el desgaste de la muela y el volumen de material eliminado para evitar problemas de dañado térmico y la no obtención de la rugosidad deseada. Los avances realizados en el área del control de tolerancias de la pieza consisten en la implementación de un láser micrométrico en la propia máquina que permite conocer la rectitud de la pieza rectificada, así como cuantificar la altura de las olas que ocasionalmente se producen en este proceso debido a vibraciones en el sistema. En el ámbito de la medición del desgaste de los granos abrasivos se han comparado primeramente 4 técnicas de medida posibles tanto en muelas convencionales como súper-abrasivas, detectando ventajas claras al emplear la microscopia con luz coaxial. Tomando como base este concepto se ha desarrollado un dispositivo para medir el desgaste de los granos que se puede incorporar en la propia máquina. En relación a la rugosidad se ha realizado un extenso estudio experimental en el que se han detectado las variables que más influyen en este parámetro. Haciendo uso del dispositivo desarrollado se ha podido considerar rigurosamente el rol del desgaste de muela sobre la rugosidad de pieza por primera vez en la bibliografía. A partir de los datos obtenidos y de las observaciones realizadas se ha desarrollado un modelo de rugosidad que incluso permite predecir la evolución de esta en función del volumen de material eliminado. Gracias al conocimiento adquirido en la tesis doctoral, se ha desarrollado una nueva herramienta que se ha incorporado a un CNC Fagor 8070 de una máquina rectificadora plana. La herramienta incluye el nuevo modelo de rugosidad desarrollado y un modelo de dañado térmico obtenido en una tesis doctoral previa en Mondragon Unibertsitatea, que se alimentan mediante la monitorización continua de la potencia consumida y la medición ocasional del desgaste de muela con el dispositivo que se presenta en esta tesis. Las predicciones de los modelos se han implementado en un lazo de control que permite variar los parámetros del procesos para obtener piezas libres de dañado térmico y cumplir los requisitos de rugosidad superficial.