Rotatable central composite design of experiments versus Taguchi method in the optimization of turning

Diseño de experimentos compuesto central giratorio frente al método Taguchi en la optimización del torneado

En este trabajo se examina la influencia de los parámetros de corte, a saber, la velocidad de corte, el avance y la profundidad de corte, sobre la componente tangencial de la fuerza de corte en la operación de torneado longitudinal en bruto. Se han utilizado dos planes experimentales, uno basado en el diseño compuesto central giratorio común y el otro basado en el método Taguchi con matrices ortogonales y relación señal-ruido, para analizar el impacto de los parámetros de corte en el componente tangencial de la fuerza de corte y encontrar el nivel óptimo de los parámetros de corte. Se ha realizado la comparación de los resultados obtenidos mediante planes experimentales dados. Por último, se discutieron las características, los méritos y las limitaciones de los enfoques de optimización presentados.

INTRODUCCIÓN

Muchos productos manufacturados requieren mecanizado en alguna fase de su secuencia de producción. En general, el mecanizado abarca desde la limpieza relativamente bruta de piezas de fundición hasta el micromecanizado de alta precisión de componentes mecánicos que requieren tolerancias estrechas.

Se calcula que, de todos los procesos de mecanizado, aproximadamente el 40% corresponde al torneado. El torneado es la forma más común de procesar superficies rotacionales (simétricas o no simétricas, redondas o no redondas) con una herramienta de corte de una sola punta [1].

La fuerza de corte es el indicador básico del comportamiento del proceso de corte. Conociendo la función de la fuerza de corte, se asegura la construcción racional y la eficiencia económica de los sistemas de producción, la optimización del proceso de mecanizado y el desarrollo de conceptos particulares para sistemas de fabricación controlados adaptativamente [2].

El objetivo de esta investigación es analizar la dependencia de la componente tangencial de la fuerza de corte F_c de tres parámetros de corte, a saber, la velocidad de corte v_c, el avance f y la profundidad de corte a_p, en la operación de torneado longitudinal en bruto y encontrar el nivel óptimo de los parámetros. Se han utilizado dos planes experimentales diferentes: el diseño compuesto central giratorio y el método Taguchi. Se ha llevado a cabo una comparación de los resultados obtenidos mediante los planes experimentales dados. Sobre la base de esta comparación, en la conclusión de este estudio se señalan observaciones valiosas sobre los enfoques de optimización presentados.

CONDICIONES DE LOS EXPERIMENTOS

Los experimentos de torneado longitudinal en bruto se llevaron a cabo en la máquina de torno "Georg Fisher NDM-16" en el Instituto de Ingeniería de Producción de la Universidad de Maribor.