Millora del disseny mecànic d’un centre de mecanitzat

Abstract

El present projecte s’ha realitzat a fi de modificar el disseny defectuós d’un centre de mecanitzat de cinc eixos. En concret, els sistemes que treballen en els eixos Y i Z. L’objectiu principal és concebre un disseny que permeti reduir l’error de mecanització fins a l’ordre de centèsimes de mil·límetre (0,1 mil·límetres com a màxim). Aquest error és originat pel desplaçament de l’extrem del carro de l’eix Y, degut a la flexió al que és sotmès. Aquest desplaçament es pot definir com la diferència d’altura entre la posició que té la secció de l’extrem del carro amb una rigidesa teòricament infinita i la posició que té amb la rigidesa real del carro. Addicionalment, es desitja canviar el sistema de desplaçament del carro de l’eix Y per un sistema més precís i que redueixi el joc axial existent. Per tal de portar a terme aquesta modificació, inicialment ha sigut necessari realitzar un estudi de rigidesa del carro de l’eix Y original. Aquest estudi consisteix, bàsicament, en l’avaluació del màxim desplaçament sofert per l’extrem del carro. El càlcul s’ha realitzat utilitzant coneixements de resistència de materials (mètode de les seccions i aplicació del Teorema de Castigliano) i s’ha comparat el resultat obtingut amb el resultat extret d’un anàlisi estàtic del carro mitjançant el programa Soldiworks (simulació elements finits). Seguidament, s’ha procedit a plantejar alternatives de disseny de la secció del carro. S’ha seleccionat una alternativa i s’ha optimitzat la seva secció per tal d’obtenir el menor error de mecanització possible, sense comprometre el pes total de l’estructura. Seguidament, determinada la configuració de la secció, s’ha procedit a dissenyar la resta del sistema mecànic de l’eix Y i Z de la màquina. El disseny mecànic s’ha efectuat, bàsicament, mitjançant el programa Solidworks però han sigut necessaris uns esquemes i càlculs previs, a més de moltes iteracions, per arribar al disseny final. A continuació, s’expliquen les característiques més rellevants del disseny realitzat i es justifiquen les decisions preses. En especial, es justifica que el servomotor que comanda l’eix Y és adequat, s’estudia la cinemàtica i dinàmica del sistema de desplaçament del carro i es comprova que és adient per la seva aplicació en màquines-eina. També s’efectuen una sèrie de càlculs de resistència per comprovar que la vida estimada dels components mecànics susceptibles de fallada és suficient. En concret, es realitzen els càlculs sobre el cargol de boles que es desplaça juntament amb el carro, els rodaments del sistema i el sistema de guiatge lineal de l’eix Y. Als annexos es presenten els plànols de conjunt del disseny final. El disseny mecànic efectuat compleix els objectius del projecte. En primer lloc, s’aconsegueix que l’error de mecanització sigui inferior a 0,1 mil·límetres. En segon lloc, s’ha substituït el sistema de desplaçament del carro de l’eix Y original per un sistema basat en un cargol de boles que s’acciona indirectament per un servomotor a través d’un sistema de politges, configuració que és més precisa i pràcticament sense joc axial.