Metodología para la concepción de fresadoras de gran volumen productivas y eco-eficientes

Abstract

El objetivo del presente trabajo de tesis doctoral ha sido el de desarrollar una
metodología para concebir fresadoras de gran volumen que sean productivas y
eco-eficientes a la vez. Tradicionalmente las fresadoras han sido concebidas
siguiendo la premisa de conseguir una elevada rigidez en punta de
herramienta, aunque ello conlleve un elevado consumo de recursos materiales
en su fase de construcción y un elevado consumo de recursos energéticos en
su fase de uso. Este planteamiento convencional se ha empleado con el
objetivo de hacer frente a los elevados requisitos de productividad, precisión y
fiabilidad que demanda el sector manufacturero en las operaciones de fresado.
Teniendo en cuenta que en este mundo los recursos naturales son limitados y
muchos de ellos cada vez más escasos, resulta clave ser eficiente tanto en
términos económicos como ecológicos, de manera que las necesidades
manufactureras se vean satisfechas con un mínimo de coste tanto económico
como medioambiental.
En este marco, el presente trabajo se ha propuesto como objetivo desarrollar
un método objetivo y racional que partiendo de unas necesidades
determinadas de operaciones de fresado sobre piezas de gran volumen, se
diseñe una fresadora que satisfaga dichas necesidades con un mínimo de
masa en sus componentes móviles, ya que esta reducción de masa móvil ataca
de raíz tanto el consumo de recursos materiales como de recursos energéticos.
Este planteamiento se ha estructurado en una doble etapa: en una primera
etapa de diseño conceptual, se diseñan unos componentes estructurales
móviles con el mínimo de masa que permita satisfacer las necesidades de
productividad asociadas a las operaciones de mecanizado. En una segunda
etapa, y con elementos estructurales ya optimizados en cuanto a su masa, se
diseñan unas transmisiones que muevan dichos componentes estructurales
aligerados con el mínimo de masa que permita satisfacer las necesidades de
precisión dinámica y robustez asociadas a dichos movimientos. De esta
manera, se conseguirá satisfacer los requisitos de productividad, precisión y
fiabilidad de las operaciones de fresado mediante unas fresadoras de mínima
masa móvil y por ende de mínimo coste económico y medioambiental.
Las etapas que se han planteado para cada una de estas dos etapas de diseño
son comunes y han seguido el siguiente planteamiento: Primero, definir unas
operaciones de fresado y unos movimientos representativos de la fase de uso
de la máquina, junto con unos objetivos racionales de productividad para las
operaciones y de precisión para los movimientos, de manera que el diseño se
focalice en las necesidades reales y concretas del usuario final. Segundo,
modelar las interacciones proceso-máquina y máquina-control para las
operaciones y movimientos que se han definido en la etapa anterior, de manera
que se disponga de criterios objetivos para asegurar operaciones de fresado
estables así como movimientos dinámicos y precisos. Tercero, basándose en
los modelos anteriores, identificar parámetros de diseño mecánico que
permitan asegurar unas operaciones de fresado productivas y unos
movimientos dinámicos y estables, de manera que los objetivos de
productividad de partida se puedan traducir a objetivos de valores para
parámetros de diseño mecánico. Cuarto, partiendo de los objetivos de valores
para los parámetros de diseño mecánico, definir criterios de diseño que
permitan alcanzar dichos valores umbrales con un mínimo de masa, de manera
que se consiga satisfacer los requisitos de productividad y precisión con un
mínimo de masa móvil en la fresadora. Quinto, partiendo de los criterios de
diseño previamente desarrollados, realizar un proceso iterativo para alcanzar
los objetivos de productividad de partida con fresadoras de masa móvil mínima.
Esta metodología de diseño integral máquina+proceso+control ha sido
empleada para rediseñar de raíz una fresadora horizontal de Nicolás Correa,
tras lo cual se ha procedido a fabricarla y montarla como medio para poder
validar la metodología en términos de productividad y de eco-eficiencia (grado
de consecución de los objetivos de partida con respecto a los costes
medioambientales totales). En concreto, se han realizado sobre dicha fresadora
rediseñada ensayos de mecanizado, que han mostrado incrementos del 100%
en la productividad, a la vez que se han medido reducciones del consumo
energético del 13% gracias a reducciones superiores al 20% en las masas de
los componentes estructurales y al 40% en las masas de las transmisiones.
De esta manera, se ha conseguido integrar en una misma fresadora conceptos
que eran antagónicos entre sí: elevada productividad, elevada precisión
dinámica y elevada eco-eficiencia.

Date of Award	2011
Original language	Spanish
Awarding Institution	Universidad del País Vasco (UPV/EHU)