Modelamento teórico-experimental e simulação pelo método dos elementos finitos de erros térmicos em um centro de torneamento

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Zoppellari, Alexandre Bertho
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: centro de torneamento; compensação térmica; elementos finitos; erro térmico; exponential model; FEM simulation; modelo exponencial; thermal compensation; thermal error; turning center
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18156/tde-25052022-153752/

A maioria dos produtos da indústria metal-mecânica passa por algum tipo de processo de usinagem em suas etapas produtivas. A máquina-ferramenta (MF) com comando numérico computadorizado (CNC) se destaca atualmente nessa indústria devido à sua alta produtividade, precisão e exatidão de posicionamento. Contudo, erros dimensionais em peças usinadas podem prejudicar o desempenho da indústria. Entre as causas de erros dimensionais em peças usinadas, erros térmicos da MF podem corresponder de 40 a 70% do total. Esses erros podem ser reduzidos com a aplicação de uma estratégia de compensação térmica a qual baseia-se em um modelo empírico atuando em conjunto com a correção do sistema de coordenadas em máquinas CNC. Este trabalho objetiva o desenvolvimento de um modelo para os desvios térmicos baseado na curva fenomenológica exponencial de transferência de calor por condução e convecção. Adicionalmente, propõe-se que cada estrutura da MF cuja dilatação tenha influência significativa na posição relativa entre a ponta da ferramenta e a peça usinada tenha o seu próprio modelo. Foram compilados os desvios e temperaturas da MF (um centro de torneamento) em 9 condições diferentes de funcionamento. Foi elaborado um modelo em elementos finitos da MF para identificar a contribuição de cada parte no desvio da peça usinada. Com esses dados, foi proposto um modelo utilizando uma curva com dupla exponencial para os desvios da estrutura geral da MF e um modelo com uma curva exponencial única para o fuso de esferas. Os resultados dos testes são usados como dados de entrada para o ajuste não linear das constantes dos modelos. Os resultados finais mostram que, com os dois modelos atuando simultaneamente, erros máximos radiais foram reduzidos 69%.