Metodología integral para el diseño y propuesta de operación mejorada de fresadoras portables con criterios de optimización global de capacidades

Abstract

La fabricación y el mantenimiento de piezas de gran tamaño se realizan a día de hoy mediante máquinas grandes cuando se realizan en taller y máquinas especiales cuando las tareas se llevan a cabo in-situ. Ambas soluciones presentan problemas que en los últimos años han desembocado en el planteamiento de una nueva clase de máquina: las máquinas portables. Son estas máquinas pequeñas (en consecuencia, transportables), que se puedan adaptar a la pieza (independientemente de su tamaño) y trabajan de forma autónoma y libre referenciadas con respecto a las características geométricas de las piezas. A pesar de su utilidad, son máquinas complejas de diseñar y analizar. Para solucionar estos problemas, esta tesis propone una metodología basada en técnicas virtuales que combina en un solo modelo virtual tres elementos clave de las máquinas portables: un modelo multibody flexible de la estructura y de fuerzas de proceso, un modelo de errores geométricos y un modelo del sistema de referenciación. Esta metodología integrada se emplea en el desarrollo y la optimización de una máquina portable en miniatura de tres ejes en serie para las operaciones post-soldadura de la vasija ITER. Como primera aportación de la tesis, esta actividad demuestra que la metodología permite la optimización del sistema y presentar mejoras contrastables sobre las máquinas del estado de la técnica. Estas mejoras se centran en los subsistemas estructurales y de referenciación de la máquina. Las mismas herramientas virtuales se emplean a continuación para evaluar los límites funcionales de las máquinas portables, pues se estiman los errores del uso de estas máquinas y se realiza el presupuesto de errores, obteniendo así nuevo conocimiento acerca del impacto de cada subsistema en el funcionamiento global y marcando el camino para mejoras tecnológicas futuras. Por último, se plantea un sistema de control automático y autónomo para máquinas portables. Para demostrar la validez del método virtual y las conclusiones obtenidas gracias a su uso, se emplea éste sobre una máquina fresadora existente convencional de tres ejes donde se comprueba que la metodología aquí planteada es efectiva a la luz de los resultados experimentales obtenidos, al anticipar fielmente el funcionamiento de la máquina real. Esta metodología permitirá mejorar tanto el proceso de desarrollo como las capacidades de las máquinas portables destinadas al mecanizado de grandes piezas y por tanto lograr un avance en el sector de la máquina herramienta.