Diseño mecánico del cabezal y el bastidor de una fresadora CNC de 500x500x300 mm con mesa de trabajo tipo plataforma de Gough

Abstract

En este trabajo se presenta el diseño del cabezal y del bastidor de una fresadora CNC que puede usar una plataforma móvil de 6 GDL como mesa de trabajo. Este proyecto, que se espera desarrollar en la PUCP, abarca únicamente el diseño de los componentes mencionados, quedando pendiente el diseño estructural de la plataforma móvil, así como el sistema que permita configurar la fresadora en CNC, los cuales deben ser abordados posteriormente. Cabe resaltar que la máquina herramienta, al poseer una plataforma móvil de estas características, brindará mayor movilidad al mecanizado que se practique en la misma. Esto debido a que poseerá 3 desplazamientos ortogonales entre sí, así como 3 orientaciones asociadas a cada eje de desplazamiento. Por lo tanto la pieza a maquinar se posicionará y orientará según lo que se determine para la plataforma móvil a través de una apropiada acción de control. Se elaboró el diseño utilizando la metodología que plantea la norma VDI 2225 para el diseño, con lo cual se seleccionaron componentes, materiales y accesorios mediante un análisis técnico económico apropiado. Con esto se determinó que la fresadora debe poseer un motor eléctrico de 5 HP @ 3600 RPM orientado verticalmente, el mismo que accionará el husillo en el cabezal. Igualmente se determinó que el material del bastidor y el cabezal debe ser hierro fundido ASTM A48 clase 20. Asimismo se realizó un análisis dinámico del sistema, asegurando que los componentes sean confiables y que no se presenten imperfecciones durante el mecanizado, afectando el acabado superficial y las tolerancias dimensionales y de forma. Esto se logró se logró mediante el correcto diseño estructural y el uso de montajes niveladores bajo toda la estructura. Cabe mencionar que para el diseño propuesto se puede lograr el mecanizado de materiales tales como fundición de hierro maleable, fundición gris, hierro nodular, aleaciones de aluminio, cobre y aleaciones de cobre, bajo las condiciones de corte especificadas en el cuerpo de esta tesis. Posterior al diseño se realizó un análisis por elementos finitos, teniendo resultados muy alentadores. Se verificó y se validó el diseño contemplado por el uso de la metodología DIN 8615-4 para el diseño de la fresadora por tolerancias, así como el diseño por resistencia y el análisis vibracional. Se estimó el costo del diseño, la fabricación de todos los componentes involucrados en este proyecto, y la instalación del mismo en algún taller de maestranza según lo propuesto en esta tesis, el cual sería de aproximadamente $ 16 500.