Modelagem numérica e experimental dos erros térmicos de um centro de usinagem CNC 5 eixos (2018)
- Authors:
- Autor USP: SANTOS, MARCELO OTÁVIO DOS - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PMR
- Subjects: USINAGEM; TRANSFERÊNCIA DE CALOR; MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS; REDES NEURAIS
- Language: Português
- Abstract: Esta tese teve por objetivo desenvolver um algoritmo preciso e robusto capaz de compensar os erros térmicos volumétricos de um centro de usinagem 5 eixos em diferentes condições operacionais. O comportamento térmico da máquina foi modelado usando técnicas do método dos elementos finitos (MEF) com base na teoria do calor de atrito e calor de convecção, e validadas através dos vários campos de temperatura obtidos experimentalmente usando termopares e imagens térmicas. Os principais subsistemas da máquina foram inicialmente modelados, como o conjunto de fusos de esferas, guias lineares e motofuso, o que permitiu posteriormente a validação do comportamento termoelástico da máquina completa para onze ciclos de trabalho em vazio, seis ciclos de usinagem, nove ciclos de posicionamento e dois ciclos com temperatura ambiente variando, obtendo erros máximos inferiores a 9%, ao comparar os resultados numéricos com os resultados experimentais. A validação do modelo em elementos finitos permitiu usar os resultados obtidos para treinar e validar uma rede neural artificial (RNA) para prever os erros térmicos do centro de usinagem. Os desvios entre os erros térmicos previstos pela RNA e os calculados pelo MEF foram inferiores a 5%. Baseado nos resultados obtidos pelas medições das peças de trabalho usinadas foi possível formular e implementar um modelo de compensação dos erros térmicos no CNC do centro de usinagem, que obteve uma redução dos erros entre 62% e 100% nas peças usinadas com compensação. Foi também proposto um algoritmo de previsão e compensação dos erros térmicos para o centro de usinagem, baseado em todos os ciclos e simulações realizadas, e que se comparando com os resultados experimentais mostrou-se capaz de reduzir os erros térmicos entre 50% e 95%. Após sua validação, foi possível concluir que oalgoritmo desenvolvido é uma ferramenta precisa e robusta para compensar os erros térmicos da máquina para várias condições de trabalho, podendo compensá-los mesmo com esta movendo-se a diferentes velocidades, em usinagem ou mesmo operando em temperatura ambiente variável.
- Imprenta:
- Data da defesa: 12.07.2018
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ABNT
SANTOS, Marcelo Otávio dos. Modelagem numérica e experimental dos erros térmicos de um centro de usinagem CNC 5 eixos. 2018. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2018. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-04102018-072516/. Acesso em: 10 fev. 2026. -
APA
Santos, M. O. dos. (2018). Modelagem numérica e experimental dos erros térmicos de um centro de usinagem CNC 5 eixos (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-04102018-072516/ -
NLM
Santos MO dos. Modelagem numérica e experimental dos erros térmicos de um centro de usinagem CNC 5 eixos [Internet]. 2018 ;[citado 2026 fev. 10 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-04102018-072516/ -
Vancouver
Santos MO dos. Modelagem numérica e experimental dos erros térmicos de um centro de usinagem CNC 5 eixos [Internet]. 2018 ;[citado 2026 fev. 10 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-04102018-072516/ - Estudo da formação da rebarba no fresamento de faceamento de ferro fundido vermicular utilizado em blocos de motores diesel
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