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Mecanizado de alta velocidad

Problemática de las máquinas de arquitectura paralela

Joseba Pérez Bilbatua, Goretti Alberdi, Patxi López / Centro de Aplicaciones del Mecanizado de Alta Velocidad de Tekniker15/12/2002

1.    INTRODUCCIÓN

Las mejoras en el campo de la máquina-herramienta van encaminadas a obtener la máxima libertad de movimientos, con una elevada rigidez y con una mínima masa a desplazar. Es decir, conseguir unas altas características dinámicas de máquina. La mejora de dichos aspectos debe llevar, como resultado final, a una mayor velocidad de mecanizado y a una mejor precisión y acabado, conduciendo a un aumento de la productividad, tanto por el menor tiempo de mecanizado como por la disminución de procesos de acabado.

La configuración de máquina convencional esta basada en una estructura en serie (figura 1). Dicha estructura presenta tantos ejes como grados de libertad dispuestos en serie y normalmente de acuerdo con unos ejes cartesianos X, Y, Z además de unos ejes de rotación, si es necesario. Este tipo de disposición no requiere un gran esfuerzo de control ya que cada eje de la máquina controla un grado de libertad cartesiano.

Frente a esa facilidad en el control, las máquinas con una configuración en serie presentan la desventaja de que cada eje deba soportar carga en todas las direcciones, y deba soportar y mover los ejes que van montados sobre él. Esta característica conduce a una alta masa a mover y por lo tanto a unas bajas características dinámicas de máquina. Esto se hace especialmente patente en grandes máquinas.

2.    CINEMÁTICA PARALELA

Una solución a este problema es la utilización de cinemática paralela que ha dado lugar a las máquinas-herramienta de arquitectura paralela. En este tipo de máquina cada eje une directamente la base de la máquina con una plataforma móvil sobre la que va montado el cabezal, de ahí se puede decir que los ejes están dispuestos de forma paralela (figura 2).

Fig. 1.- Máquina-herramienta con arquitectura en serie Fig. 2.- Máquina- herramienta con arquitectura paralela clásica

El alto coste, principalmente computacional, que requiere controlar las longitudes de los distintos brazos de un mecanismo de estas características hizo que su utilización no se extendiese - salvo en el caso de aplicaciones donde dicho coste estuviese justificado, como es el caso de los simuladores de vuelo.

Hoy en día dicho coste ha sufrido una espectacular reducción y están apareciendo otras aplicaciones, especialmente en el mundo de la máquina-herramienta. Las primeras de estas aplicaciones introdujeron el concepto de “Hexápodo”, derivado del tipo de arquitectura paralela utilizada; la base de la máquina se encuentra ligada al cabezal mediante seis brazos, los cuales mediante la variación de su longitud consiguen la orientación exigida en la herramienta (figura 2).

3.    VENTAJAS E INCONVENIENTES

Las principales ventajas de la arquitectura paralela son las siguientes:

  • Estructura mas simple
  • Menor inercia
  • Menor coste 

Y sus principales inconvenientes se resumen en los siguientes puntos:

  • Volumen de trabajo muy irregular con relación al volumen prismático deseables
  • Gran tamaño global de la máquina, en comparación con el volumen de trabajo.
  • Complejidad de control. Constante interpolación de 5 ejes y complejas rutinas de control no lineal
  • Dificultad de puesta a punto
  • Dificultad de compensación de errores

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