FixTronic: Industria 4.0 en proceso de fresado

Las vibraciones durante el fresado reducen la eficiencia del proceso y conducen a superficies más rugosas, así como a un alto desgaste de la herramienta y desperdicio de piezas de trabajo. Para minimizar la vibración, las empresas a menudo practican un enfoque de prueba y error para la interpretación del proceso. Esto cuesta tiempo y dinero. 

Para resolverlo, el Instituto Fraunhofer para Tecnología de Producción (IPT), de Aachen, desarrolló un sistema de sujeción y un software de simulación junto con socios en un proyecto de investigación de dos años FixTronic para minimizar sistemáticamente las vibraciones durante el fresado y hacer que los procesos de fresado sean más estables y rentables.

El objetivo del proyecto FixTronic fue desarrollar un sistema que reaccionara de forma autónoma a los cambios dinámicos en el proceso de fresado y reduzca activamente las vibraciones e inestabilidades. Por un lado, desarrollaron un sistema de sujeción activo para la pieza de trabajo y, por otro lado, un software de simulación que optimiza la velocidad del husillo para que las oscilaciones naturales de la pieza de trabajo no se exciten.

Sistemas de sujeción en red con amortiguación activa de vibraciones

Para estabilizar activamente el proceso de fresado, los investigadores con sede en Aquisgrán (Aachen) integraron sensores en un sistema de sujeción con los que se puede controlar el estado de la pieza de trabajo durante el fresado. Si es necesario, los piezoaccionadores generan una contra-vibración específica en la pieza de trabajo para minimizar la vibración de la herramienta de fresado. Los experimentos demostraron que, con este método, las vibraciones en la pieza de trabajo pueden reducirse independientemente en más del 70 %.

El sistema de sujeción también se puede conectar en red con la máquina herramienta para que sea posible un monitoreo efectivo en tiempo real de la pieza de trabajo, lo que estabiliza el proceso de fresado en su conjunto. El sistema de sujeción activo se convierte así en el llamado sistema de producción ciberfísico (CPPS) en el sentido de la Industria 4.0.

Optimización de la velocidad del husillo

Para reducir aún más las vibraciones de la pieza de trabajo, los ingenieros de Fraunhofer IPT también utilizan un software de simulación desarrollado por ellos mismos. Esto permite simular el proceso de fresado incluso antes de que se pueda evitar el mecanizado real y las velocidades críticas del husillo, lo que conduce a una excitación de las frecuencias naturales de la pieza de trabajo, en la que vibra particularmente fuerte. Para el software, los investigadores de Aquisgrán desarrollaron el llamado "diagrama de estabilidad multifrecuencia" que tiene en cuenta los cambios en la geometría de la pieza de trabajo durante el mecanizado. Ya se ha demostrado en experimentos que las vibraciones pueden reducirse significativamente mediante el uso del software: la rugosidad de la superficie de los componentes probados se ha reducido en más del 50 %.

El proyecto de dos años fue financiado como parte del programa Leading Market Competition Production NRW, y además del IPT participaron el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Diseño Mecatrónica IEM, Paderborn; CP autosport GmbH, Büren; Innoclamp GmbH, Aquisgrán; WBA Aachener Werkzeugbau Akademie GmbH, Aquisgrán.