Prognosis automática de la calidad de las roscas mecanizadas con machos de roscar a partir de la señal de par

Resumen

En esta Tesis se desarrolla un sistema de predicción automática del momento en el que las roscas mecanizadas por un macho de roscar por corte van a resultar inaceptables. El sistema se basa en la monitorización de la señal de par de corte. Las roscas a mecanizar son pasantes de M10x1,5 en placas de fundición nodular GGG50 de 20mm de espesor y los machos son de acero rápido pulvimetalúrgico (HSSE), de tres canales, punta tipo ¿spiral point¿, poseen entre 4 y 4,5 hilos en la zona cónica y se deposita en ellos cuatro tipos diferentes de recubrimientos: TiN, URDIN (comercial), TiCN, y AlCrN. En la Tesis, antes de acometer el desarrollo del sistema de predicción automática de la calidad de las roscas, se muestra que un macho comienza a mecanizar roscas inaceptables cuando, como consecuencia del desgaste, el diámetro de los primeros dientes de la zona cilíndrica de dicho macho se reduce e iguala al de los últimos de la zona cónica. Como los primeros dientes cilíndricos son los encargados de calibrar el diámetro mayor de las roscas, éstas quedan infra dimensionadas y por tanto inaceptables. Por otra parte el hecho de que el par de fricción aumente de valor, al aumentar el número de dientes que aportan fricción, sugiere que el valor del par podría informar acerca del estado de desgaste del macho, por tanto sobre la dimensión del diámetro mayor y en definitiva sobre la calidad de las roscas mecanizadas. Esta conclusión es fundamental para el desarrollo del sistema de predicción porque permite aproximarse a la calidad de las roscas a través del estado de desgaste del macho que las está mecanizando. También se muestra en la Tesis que las caras de incidencia de los dientes de la zona cilíndrica del macho sufren un fuerte desgaste y se recubren de una capa de material de pieza soldado cuyo comportamiento dinámico (crece y se desprende aleatoriamente) provoca importantes aumentos del valor medio del par, así como variaciones aún más importantes del valor del par entre roscas consecutivas. Por otra parte también se muestra que la utilización de todo el intervalo de la señal de par proporciona una información más completa que la aportada solamente por el intervalo de la carrera de avance, que es el que hasta ahora se ha venido empleando en la Bibliografía. A continuación se recogen los pasos a seguir para el desarrollo del sistema de predicción. En primer lugar se capta la señal de par y de ella se extraen inicialmente nueve parámetros con sensibilidad demostrada al desgaste del macho. Posteriormente se reducen a una variable de monitorizado a través de la cual se obtiene la predicción del momento a partir del cual las roscas van a empezar a ser inaceptables. El sistema ha sido comprobado que es válido también para los otros tres recubrimientos (Anexos). En el Capítulo 1 se presentan los antecedentes de monitorizado del proceso de roscado con macho. En el Capítulo 2 se describe el equipo, los materiales y las herramientas a emplear en el trabajo experimental y se presentan los resultados. En el Capítulo 3 se identifican 9 parámetros (sensibles a la calidad) en la señal de par del motor del husillo principal de la máquina. En el Capítulo 4 se estudia la evolución de los 9 parámetros durante los ensayos para comprobar su capacidad real para predecir la calidad de la rosca. En el Capítulo 5 se reduce el número de parámetros de 9 a 2 a través del Análisis de Componentes Principales con el fin de simplificar el algoritmo del sistema a desarrollar. Como herramienta de predicción se emplea primeramente un Análisis Discriminante pero no proporciona buenos resultados y se sustituye por un gráfico de control el cual, sí, proporciona buenos resultados. En Capítulo 6 la estrategia de predicción desarrollada en el capítulo anterior se programa en Labview y se valida con éxito con machos recubiertos con TiN. Finalmente se recogen las conclusiones de esta Tesis y las futuras líneas de trabajo.