Modelo matemático para la predicción del esfuerzo de corte en el mecanizado a alta velocidad

Abstract

[ES] Este trabajo presenta una primera aproximación a un modelo matemático que describe el proceso de mecanizado a alta velocidad. El modelo propuesto está sustentado en el esfuerzo de corte como variable de salida, representativa de los procesos físicos que tienen lugar durante el corte. El trabajo muestra el desarrollo matemático conducente a la obtención de las ecuaciones integro-diferenciales y los algoritmos, computacionalmente eficientes e implementados en MATLAB, para la predicción del esfuerzo de corte en el mecanizado a alta velocidad. MATLAB es un entorno de computación y desarrollo de aplicaciones, que permite realizar de forma eficiente cálculos con vectores y matrices. En el entorno, se incluyen facilidades para el análisis numérico, cálculo matricial, procesamiento de señales y visualización gráfica. En los algoritmos implementados se consideran dos tipos de útiles en el proceso de corte: fresas helicoidales, cilindricas planas y semiesféricas. Los modelos desarrollados han sido validados experimentalmente y a través de simulaciones, corroborándose su validez y la importancia del esfuerzo de corte como variable representativa de los procesos de mecanizado a alta velocidad. Los modelos obtenidos constituyen el punto de partida para trabajos futuros relacionados con el análisis de vibraciones y su relación directa con la estabilidad en el proceso de corte y el acabado superficial.

[EN] This paper presents cutting force-based models able to describe a high speed machining process. The model considers the cutting force as output variable, essential for the physical processes that are taking place in high speed machining. Moreover, this paper shows the mathematical development to derive the integral-differential equations, and the algorithms implemented in MATLAB to predict the cutting force in real time. MATLAB is a software tool for doing numerical computations with matrices and vectors. It can also display information graphically and includes many toolboxes for several research and applications areas. Two end mill shapes are considered (i.e., cylindrical and ball end mill) for real-time implementation of the developed algorithms. The developed models are validated in slot milling operations. The results corroborate the importance of the cutting force variable for predicting tool wear in high speed machining operations. The developed models are the starting point for future work related with vibration analysis, process stability and dimensional surface finish in high speed machining processes.