Mecanizado virtual

El mecanizado virtual es la práctica de utilizar computadoras para simular y modelar el uso de máquinas herramienta para la fabricación de piezas . Dicha actividad replica el comportamiento y los errores de un entorno real en sistemas de realidad virtual . ^[1] Esto puede proporcionar formas útiles de fabricar productos sin realizar pruebas físicas en el taller. Como resultado, se pueden reducir el tiempo y el costo de producción de las piezas. ^[2]

Aplicaciones

El mecanizado virtual ofrece diversas ventajas:

• El proceso de mecanizado simulado en entornos virtuales revela errores sin desperdiciar materiales, dañar las máquinas herramienta o poner en riesgo a los trabajadores. ^[3]
• Una simulación por computadora ayuda a mejorar la precisión de la pieza producida. ^[2]
• Los sistemas de inspección virtual, como el acabado de superficies , la metrología de superficies y la ondulación , se pueden aplicar a las piezas simuladas en entornos virtuales para aumentar la precisión . ^[4]
• Los sistemas pueden aumentar la planificación del proceso de operaciones de mecanizado con respecto a las tolerancias deseadas en el diseño de las piezas. ^[5]
• El sistema de mecanizado virtual se puede utilizar en la planificación de procesos de operaciones de mecanizado considerando los pasos más adecuados de las operaciones de mecanizado con respecto al tiempo y el costo de fabricación de la pieza. ^[6]
• Se pueden aplicar técnicas de optimización al proceso de mecanizado simulado para aumentar la eficiencia de la producción de piezas. ^[7]
• El método de elementos finitos (FEM) se puede aplicar al proceso de mecanizado simulado en entornos virtuales para analizar la tensión y la deformación de la máquina herramienta, la pieza de trabajo y la herramienta de corte. ^[8]
• La precisión del modelado matemático de errores en la predicción de superficies mecanizadas se puede analizar utilizando sistemas de mecanizado virtual. ^[9]
• Las operaciones de mecanizado de materiales flexibles se pueden analizar en entornos virtuales para aumentar la precisión de la fabricación de piezas. ^[10]
• Las vibraciones de las máquinas herramienta , así como la posibilidad de vibraciones a lo largo de las trayectorias de las herramientas de corte durante las operaciones de mecanizado, se pueden analizar mediante operaciones de mecanizado simuladas en entornos virtuales. ^[11]
• El tiempo y el costo de una producción precisa se pueden reducir aplicando reglas de gestión del proceso de producción al proceso de fabricación simulado en el entorno virtual. ^[12]
• También se pueden presentar sistemas de programación de velocidad de avance basados ​​en mecanizado virtual para aumentar la precisión y la eficiencia de la fabricación de piezas. ^[13]
• La tasa de eliminación de material en operaciones de mecanizado de superficies complejas se puede simular en entornos virtuales para su análisis y optimización. ^[14]
• La eficiencia de la fabricación de piezas se puede mejorar analizando y optimizando los métodos de producción. ^[15]
• Los errores en piezas mecanizadas reales se pueden simular en entornos virtuales para su análisis y compensación. ^[2]
• Los centros de mecanizado simulados en entornos virtuales se pueden conectar a través de la red e Internet para realizar análisis y modificaciones remotas. ^[16]
• Los elementos y estructuras de las máquinas herramienta, como husillos , ejes de rotación , ejes móviles , husillos de bolas , unidades de control numérico , motores eléctricos ( motor paso a paso y servomotor ), bancada, etc., se pueden simular en entornos virtuales para que se puedan analizar y modificar. Como resultado, las versiones optimizadas de los elementos de las máquinas herramienta pueden impulsar los niveles de tecnología en la fabricación de piezas. ^[17]
• La geometría de las herramientas de corte se puede analizar y modificar como resultado de fuerzas de corte simuladas en entornos virtuales. De este modo, se puede minimizar el tiempo de mecanizado, así como la rugosidad de la superficie , y se puede maximizar la vida útil de la herramienta debido a la disminución de las fuerzas de corte mediante geometrías modificadas de las herramientas de corte. Además, las versiones modificadas de las geometrías de las herramientas de corte con respecto a la minimización de las fuerzas de corte pueden reducir el costo de las herramientas de corte al presentar una gama más amplia de materiales aceptables para herramientas de corte, como acero de alta velocidad , aceros al carbono para herramientas , carburo cementado , cerámica , cermet , etc. ^[18]
• El calor generado en las áreas de contacto de la herramienta de corte y la pieza de trabajo se puede simular, analizar y reducir. La vida útil de la herramienta se puede maximizar como resultado de la reducción del calor generado en las áreas de contacto de la herramienta de corte y la pieza de trabajo. ^[19]
• Las estrategias de mecanizado se pueden analizar y modificar en entornos virtuales en términos de procesos de detección de colisiones . ^[20]
• La visión 3D de las operaciones de mecanizado con errores de piezas mecanizadas reales y errores de deflexión de la herramienta en entornos virtuales puede ayudar a los diseñadores, así como a los estrategas de mecanizado, a analizar y modificar el proceso de producción de piezas. ^[21]
• El mecanizado virtual puede aumentar la experiencia y la capacitación de los operadores novatos de máquinas herramienta en un sistema de capacitación en mecanizado virtual . ^[22]
• Para aumentar el valor añadido en los procesos de producción de piezas, el consumo energético de las máquinas herramienta se puede simular y analizar en entornos virtuales presentando una máquina herramienta de uso energético eficiente . ^[23]
• Las estrategias de mecanizado de superficies de forma libre se pueden analizar y optimizar en entornos virtuales para aumentar la precisión de la fabricación de piezas. ^[14]

Futuros trabajos de investigación

Se presentan algunas sugerencias para futuros estudios en sistemas de mecanizado virtual:

• Las operaciones de mecanizado de nuevas aleaciones se pueden simular en entornos virtuales para su estudio. Como resultado, se pueden analizar y modificar la deformación, las propiedades de la superficie y la tensión residual de la nueva aleación.
• Se pueden simular y analizar nuevos materiales de herramientas de corte en entornos virtuales. De este modo, se puede estudiar el error de deflexión de las herramientas de corte nuevas a lo largo de las trayectorias de mecanizado sin necesidad de realizar operaciones de mecanizado reales.
• La deformación y las deflexiones de piezas de gran tamaño se pueden simular y analizar en entornos virtuales.
• Las operaciones de mecanizado de materiales costosos como el oro y las superaleaciones se pueden simular en entornos virtuales para predecir las condiciones de mecanizado reales sin necesidad de realizar pruebas en el taller.

Referencias

1. Soori, Mohsen; Arezoo, Behrooz; Habibi, Mohsen (2013). "Errores dimensionales y geométricos de fresadoras CNC de tres ejes en un sistema de mecanizado virtual". Diseño asistido por ordenador . 45 (11): 1306–1313. doi :10.1016/j.cad.2013.06.002. S2CID  9020879.
2. Soori, Mohsen; Arezoo, Behrooz; Habibi, Mohsen (2014). "Mecanizado virtual considerando errores dimensionales, geométricos y de deflexión de la herramienta en fresadoras CNC de tres ejes". Journal of Manufacturing Systems . 33 (4): 498–507. doi :10.1016/j.jmsy.2014.04.007. S2CID  110714535.
3. Altintas, Y.; Brecher, C.; Weck, M.; Witt, S. (2005). "Máquina herramienta virtual". Anales de Cirp . 54 (2): 115-138. doi :10.1016/S0007-8506(07)60022-5.
4. Cheung, CF; Lee, WB (2001). "Un marco de trabajo para un sistema virtual de mecanizado e inspección para el torneado de diamante de ópticas de precisión". Revista de tecnología de procesamiento de materiales . 119 (1–3): 27–40. doi :10.1016/S0924-0136(01)00893-7. hdl : 10397/11079 .
5. Ong, TS; Hinds, BK (2003). "La aplicación del conocimiento sobre la deflexión de la herramienta en la planificación de procesos para cumplir con las tolerancias geométricas". Revista internacional de máquinas herramientas y fabricación . 43 (7): 731–737. doi :10.1016/S0890-6955(03)00027-0.
6. Narita, Hirohisa; Shirase, Keiichi; Wakamatsu, Hidefumi; Arai, Eiji (2000). "Evaluación previa al proceso de la operación de fresado de extremos mediante un simulador de mecanizado virtual". JSME International Journal Series C . 43 (2): 492–497. Bibcode :2000JSMEC..43..492N. doi : 10.1299/jsmec.43.492 .
7. Soori, Mohsen; Arezoo, Behrooz; Habibi, Mohsen (2016). "Error de deflexión de la herramienta de fresadoras de control numérico por computadora de tres ejes, monitoreo y minimización mediante un sistema de mecanizado virtual". Revista de ciencia e ingeniería de fabricación . 138 (8): 081005. doi :10.1115/1.4032393. S2CID  112030353.
8. Tani, Giovanni; Bedini, Raffaele; Fortunato, Alessandro; Mantega, Claudio (2007). "Modelado híbrido dinámico del eje Z vertical en un centro de mecanizado de alta velocidad: hacia el mecanizado virtual". Revista de ciencia e ingeniería de fabricación . 129 (4): 780. doi :10.1115/1.2738097.
9. Soori, Mohsen; Arezoo, Behrooz; Habibi, Mohsen (2017). "Análisis de precisión del modelado de errores de deflexión de herramientas en la predicción de superficies fresadas mediante un sistema de mecanizado virtual". Revista internacional de aplicaciones informáticas en tecnología . 55 (4): 308. doi :10.1504/IJCAT.2017.086015.
10. Ratchev, S.; Liu, S.; Becker, AA (2005). "Estrategia de compensación de errores en el fresado de piezas flexibles de pared delgada". Revista de tecnología de procesamiento de materiales . 162–163: 673–681. doi :10.1016/j.jmatprotec.2005.02.192.
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Enlaces externos

• Mecanizado virtual, mundo de la automatización
• Instituto AMGM, Mecanizado Virtual
• MACHpro: EL SISTEMA DE MECANIZADO VIRTUAL
• La tienda de máquinas virtuales
• Quinta Conferencia Internacional sobre Tecnología de Procesos de Mecanizado Virtual (VMPT 2016)
• Maquinado virtual Eureka
• Descripción general de productos SIMNC, mecanizado virtual