Cutting forces prediction in orthogonal turn-milling operations

Abstract

El desarrollo de máquinas herramienta más versátiles responde a la creciente demanda del mercado de formas más complejas y piezas con tolerancias estrictas. Esto ha dado lugar a cinemáticas más complicadas, diseñadas para alinear la herramienta de corte con la intrincada superficie de la pieza para su producción. Están surgiendo nuevas operaciones de mecanizado apoyadas en la cinemática avanzada, como las operaciones de torneado-fresado, en las que los movimientos de rotación de la pieza se acoplan a las operaciones de fresado convencionales. El torneado-fresado presenta importantes ventajas sobre el torneado convencional: como menores fuerzas de corte, temperaturas, errores de circularidad y rugosidad superficial. Además, la vida de la herramienta es más larga y la operación genera virutas intermitentes que eliminan los nidos de virutas continuos típicos del torneado. Sin embargo, a pesar de estas ventajas, el torneado es difícil de operar en la ventana óptima del proceso porque requiere un número mayor de parámetros de proceso, lo que hace que su selección opcional sea un reto. La predicción del rendimiento del proceso puede mejorarse en gran medida mediante el modelado, sin embargo, los modelos tradicionales de fresado no consideran los parámetros de torneado-fresado evidenciando la necesidad de modelos específicos para estas operaciones. Para abordar esta carencia, esta tesis presenta modelos analíticos y numéricos para las operaciones de torneado-fresado ortogonal con el fin de determinar la geometría de la viruta por cortar y predecir las fuerzas de corte. Estos modelos consideran la rotación de la pieza, la excentricidad de la herramienta, el perfil de la herramienta de corte y la cinemática del proceso en la determinación precisa de la geometría de la viruta por cortar. Los modelos fueron validados teórica y experimentalmente presentando una buena correlación en cada una de las pruebas de validación. Los modelos se utilizaron para confirmar las condiciones de corte sugeridas por el fabricante de herramientas de corte en un plan de fabricación de piezas reales. Las condiciones de corte diseñadas mostraron una reducción del 20\% en el tiempo total de fabricación. Además, los filos de corte se utilizaron de forma más eficiente, disminuyendo el número de insertos necesarios para terminar la pieza, lo que a su vez redujo el coste total de fabricación.