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DISEÑO DE UNA INTERFAZ GRÁFICA PARA LA GENERACIÓN DE DIAGRAMAS DE LÓBULOS DE ESTABILIDAD EN TRES DIMENSIONES EN EL PROCESO DE FRESADO. ÁREA DE INVESTIGACIÓN: PROCESOS DE MANUFACTURA.

INTEGRANTE: Cervera Cerra Dayron José.

DIRECTOR: Ing. Milton Coba Salcedo. Programa Ingeniería Mecánica. CODIRECTOR: Ing. José Arenas Cañas.

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO Noviembre de 2017

ANTECEDENTES En la literatura: 1961. Interacción fuerza – estructura Tobias, et al. [4-5]

2000. Publicación libro Manufacturing Automation. Altintas [18]

1983. Lóbulos de estabilidad en fresado. Tlusty, et al. [8]

1995. Predicción analítica de L.E. en el fresado. Altintas y Budak [16]

1962. Método gráfico para estabilidad Gurney y Tobias. [9]

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ANTECEDENTES Software en industria.

Nombre: CUTPRO® Vancouver, Canadá.

Figura 1. Captura módulo estabilidad en el fresado CUTPRO®. Disponible en: https://www.malinc.com/products/cutpro/

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ANTECEDENTES Software académico nacional. UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO

Proyecto de grado: Diseño de una aplicación informática para el estudio y predicción del fenómeno de retemblado regenerativo en los procesos de torneado y fresado. Año: 2015. Figura 2. Interfaz de usuario software desarrollado por Andión y Arenas. Tomado de [19].

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JUSTIFICACIÓN Figura 3. Fenómeno del retemblado regenerativo en pared delgada. Tomado de [22].

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ¿Se pueden realizar operaciones de fresado en condiciones estables sin invertir grandes cantidades de dinero en licencias de software e instrumentación de máquinas? En la industria.

En la academia.

• Piezas terminadas defectuosas. • Procedimientos adicionales en las piezas. • Tiempos de mecanizado no estándares. • Baja confiabilidad en el proceso.

• Investigación sobre la generación de diagramas de lóbulos de estabilidad usando como tercer eje cartesiano variables del proceso.

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MARCO REFERENCIAL Modelo de corte en el fresado.

a.

b.

Figura 4. a. Sistema de dos grados de libertad para el fresado. b. Espesor dinámico de viruta.

Tomado de Bravo, et al, «Stability limits of milling considering the flexibility of the workpiece and the machine,» International Journal of Machine Tools & Manufacture xx, p. 1-12, 2005.

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MARCO REFERENCIAL Lóbulos de estabilidad

a.

b.

Figura 5. a. Gráfico característico de un lóbulo de estabilidad. Tomado de [23] b. Lóbulo de estabilidad para el proceso de fresado en 2D. Tomado de [19].

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OBJETIVO GENERAL Desarrollar una interfaz gráfica para la generación de diagramas de lóbulos de estabilidad en tres dimensiones para el estudio y predicción del fenómeno del retemblado regenerativo en el proceso de fresado, que arroje información válida al usuario para ejecutar la operación de corte en condiciones estables.

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OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Desarrollar un algoritmo computacional con base en el modelo de Altintas y Budak [16-17] para la predicción del retemblado regenerativo en el proceso de fresado, complementando el desarrollo hecho por Arenas y Andión [19] para la generación de lóbulos de estabilidad en 2 dimensiones para el fresado.

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OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Generar diagramas de lóbulos de estabilidad en tres dimensiones para el proceso de fresado, donde se utilice como tercer eje cartesiano diferentes variables, como por ejemplo frecuencia natural, constante de rigidez del sistema vibratorio, constantes del material y rugosidad superficial. • Validar la interfaz gráfica comparando sus resultados con datos que se han reportado en la literatura, verificando así el correcto funcionamiento y la confiabilidad del resultado.

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METODOLOGÍA

Revisión de la bibliografía.

Reporte final.

Estudio del Modelo de Altintas y Budak [16,17].

Pruebas y validación.

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Programación de la función.

Programación de la interfaz gráfica.

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PRODUCTOS ESPERADOS

Algoritmo y programación del método propuesto por Altintas y Budak [16,17].

Interfaz gráfica de usuario para generar lóbulos 3D para el proceso de fresado.

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Guía de usuario con información relevante sobre instalación y uso.

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Etapa 7

Et. 5

Etapa 4

Etapa 3

Etapa Etapa 2 1

CRONOGRAMA Actividad Revisión bibliográfica Estudio de viabilidad Desarrollo del anteproyecto Estudio detallado del modelo de fresado. Estudio del lenguaje de programación de Matlab. Programación de la función para la generación de lóbulos. Prueba y validación de funcionamiento. Programación y diseño de la interfaz de usuario. Prueba y validación de funcionamiento. Validación con datos de la literatura. Elaboración de manual de usuario y otros anexos. Elaboración de trabajo final. Sustentación del trabajo final

Mes 1

Mes 2

14

Mes 3

Mes 4

Mes 5

Mes 6

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PRESUPUESTO Item

Descripción

Fuente* Est. UA Ext. e

$ Unitario

$ Total

$1’850.000

$1’850.000

1

Licencia de Matlab 2016

2

Computador de escritorio

e

$1’500.000

$ 1’500.000

3

Horas estudiante (120)

e

$15.000

$1’800.000

4

Gastos transporte/ mes (5)

E

$120.000

$600.000

5

Gastos de papelería

E

$100.000

$100.000

6

Horas Director (60)

$100.000

$6’000.000

7

Horas Codirector (25)

$100.000

$2’500.000

E e

* Utilice “E” para contribuciones en efectivo, “e” para contribuciones en especie.

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SUBTOTAL IMPREVISTOS (10%) TOTAL

$14’350.000 $1’435.000

$15’785.000 UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO

BIBLIOGRAFÍA [1] Y.S. Tarng, T.C. Li, «Adaptive pattern recognition of drilling chatter,» Journal of Materials Processing Technology, pp. 247-253, 15 Enero 1995. [2] J. Tlusty, G. Chandraa, S. Critchleyb, D. Patonb, «Chatter in Cold rolling,» CIRP ANNALS - Manufacturing Technology, pp. 195-199, 1982. [3] I.S. Yun, W.R.D. Wilson, K.F. Ehmann, «Review of chatter studies in cold rolling,» International Journal of Machine Tools and Manufacture, pp. 1499-1530, Diciembre 1998. [4] J. D. Smith, S. A. Tobias, «The dynamic cutting of metals,» International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. I, pp. 283-292, 1961. [5] S. A. Tobias, «Machine tool vibration research,» International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. I, pp. 1-14, 1961.. [6] M.K. Das, S.A. Tobias, «The relation between the static and the dynamic cutting of metals,» International Journal of Machine Tool Design and Research, pp. 63-89, junio 1967.. [7] F. Koenigsberger, J. Tlusty, Machine Tool Structures, vol., Oxford: Oxfordshire: Pergamon Press, 1970. [8] J. Tlusty, W. Zaton, F. Ismail, «Stability Lobes in Milling,» CIRP Annals - Manufacturing Technology, vol. 32, pp. 309-313, 1983. [9] J. P. Gurney, and S. A. Tobias, «A grafical method for the determination of the dynamic stability of machine tools,» International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. II, pp. 148-156, 1962. [10] J. Tlusty, M. Polacek, «The Stability of Machine Tools against Self Excited Vibrations in Machining,» International research in production engineering, vol. VII, pp. 465-474, 1963. [11] H. Merritt, «Theory of self-excited machine tool chatter:contribution to machine tool chatter,» Journal of Manufacturing Science and Engineering, pp. 447-454, 1967. [12] Ioannis Minis, Rafael Yanushevsky, Abel Tembo, Robert Hocken, «Analysis of Linear and Nonlinear Chatter in Milling,» CIRP Annals - Manufacturing Technology, vol. 39., pp. 459-462, 1990.

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BIBLIOGRAFÍA [13] An-Chen Lee, Chia-Shang Liu, Shiuh-Tarng Chiang, «Analysis of chatter vibration in a cutter-workpiece system,» International Journal of Machine Tools and Manufacture, pp. 221-234, 1991. [14] Jeong Suk Kim, Byung Ho Lee, «An analytical model of dynamic cutting forces in chatter vibration,» International Journal of Machine Tools and Manufacture, pp. 371-381, 1991. [15] Y.S. Tarng, H.T. Young, B.Y. Lee, «An analytical model of chatter vibration in metal cutting,» International Journal of Machine Tools and Manufacture, pp. 183-197, 1994. [16] Y. Altintas, E. Budak, «Analytical Prediction of Stability Lobes in Milling,» CIRP Annals - Manufacturing Technology, pp. 357-362, 1995. [17] E. Budak, Y. Altintas, «Analytical Prediction of Chatter Stability in Milling—Part I: General Formulation,» Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, pp. 22-30, 1998. [18] Y. Altintas, Manufacturing Automation, New York: Cambridge University Press, 2000. [19] José Arenas, Andrés Andión, «Diseño de una aplicación informática para el estudio y predicción del fenómeno del retemblado regenerativo en los procesos de torneado y fresado,» Barranquilla, 2015. [20] M. Merchant, «Mechanics of the metal cutting process. II: Plasticity conditions in orthogonal cutting,» Journal of Applied Physics,16, p. 318–324, 1945. [21] K. CHENG, Machining dynamics: Fundamentals, applications and practices., Londres: Springer-Verlag London Limited, 2009. [22] Thevenot, et al, «Integration of dynamic behavior variations in the stability lobes method: 3D lobes construction and application to thin-walled structure milling,» Int. J. Adv Manuf Technol, p. 27:638 - 644, 2006. [23] Bravo, et al, «Stability limits of milling considering the flexibility of the workpiece and the machine,» International Journal of Machine Tools & Manufacture xx, p. 1-12, 2005

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