Aplicación del análisis modal en el diseño de un cabezal para torno fresador de alta velocidad

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se presentan los resultados del análisis del comportamiento de cabezales para torno fresador de alta velocidad; se calcularon las frecuencias naturales y los modos de vibración aplicando software basado en el método de elemento finito. Los resultados corresponden a una comparación de comportamiento de un mismo modelo geométrico pero de tres materiales diferentes: Fundición de hierro, acero al bajo carbono y aluminio. En la introducción se muestran los aspectos macroeconómicos principales alrededor de la necesidad de adquisición de máquinas herramientas en México, y se destaca la importancia creciente de los maquinados en alta velocidad y del criterio de diseño por modos de vibración para diseñar maquinaria utilizable en ese campo. A partir de lo anterior se plantea y justifica el problema por resolver, así como el objetivo general y los específicos de este trabajo. En el primer capítulo se describe el estado del arte acerca de la evolución en el diseño de las máquinas herramienta, del maquinado en alta velocidad y de los procedimientos actuales para el análisis modal de vibraciones. En el segundo capítulo se incluyen los aspectos teóricos tanto del cálculo por el método analítico como por el método de elemento finito. En el tercer capítulo se presenta el resultado de la modelación de los componentes que se analizaron, así como sus aspectos de restricciones. En el cuarto capítulo se muestran los resultados obtenidos usando software comercial y también se presenta el análisis comparativo entre los diferentes modelos. Finalmente se incluyen las conclusiones y recomendaciones de este trabajo.

ABSTRACT: This work presents the results of the analysis of the behavior of spindle bearings, used in high-speed machine tools. It was apply a methodology for modal analysis by the finite element method. The results reflect a comparison of behavior of a single geometric model, but three different materials: cast iron, low carbon steel and aluminum. The introduction will show the main macroeconomic issues around the need to purchase machine tools in Mexico, and highlights the growing importance of machined at high speed and design criteria for vibration modes for designing machinery used in this field. From this arises and justifies the problem to be solved, as well as the general and specific objectives of this work. The first chapter describes the state of the art in the design of machine tools, the high speed machining and the current procedures for modal analysis. The second chapter includes both theoretical aspects of the calculation by the analytical method and by the finite element method. The third chapter presents the results of the modeling of the components that were analyzed, as well as its restrictions. In the fourth chapter shows the results obtained using commercial software and also present a comparative analysis between the different models. Finally include the conclusions and recommendations of this work.