CAPÃ_TULO 1 INTRODUCCIÃ_N-OBJETIVOS

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CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN-OBJETIVOS 
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CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN – OBJETIVOS 
 
 Los procesos de mecanizado, también conocidos como procesos de 
eliminación de material, tienen una gran importancia en la fabricación por 2 
razones principales. La primera es que prácticamente cualquier producto 
necesita en algún momento un determinado proceso de mecanizado. La 
segunda razón es que se pueden mecanizar casi todos los materiales. 
 
 Este tipo de procesos son necesarios porque proporcionan una precisión 
dimensional y un acabado superficial que no se puede conseguir haciendo uso 
de otras técnicas. Se pueden conseguir piezas con perfiles exteriores o 
interiores con ángulos agudos y formas delgadas. Además en muchas 
ocasiones es el proceso más económico. 
 
 Aunque, como se ha comentado, los procesos de mecanizado son, en 
determinadas ocasiones, los únicos procesos capaces de obtener unas 
dimensiones, tolerancias y formas específicas, tienen algunos inconvenientes. 
Entre los inconvenientes cabe destacar que la eliminación de material es más 
un proceso más lento que otros, puede tener efectos negativos en la calidad y 
propiedades de la superficie y durante el proceso se está desperdiciando 
material. 
 
 Los procesos de mecanizado pueden dividirse en tres categorías: corte, 
abrasivos y no tradicionales. Dentro de cada categoría de corte nos 
encontramos el fresado, operación cuya optimización se va a estudiar en este 
proyecto. 
 
 Las operaciones de fresado tradicionalmente se han dividido en operaciones 
de una sola pasada y operaciones de múltiples pasadas. Las operaciones con 
múltiples pasadas se utilizaban para mecanizar piezas en las que no se podía 
eliminar todo el material en una sola pasada. 
 
 La determinación de los parámetros óptimos de corte (número de pasadas, 
profundidad de corte para cada pasada, velocidad de corte y velocidad de 
avance) se considera crucial a la hora de planificar el proceso en el caso de 
que la operación se lleve a cabo con múltiples pasadas. La optimización de los 
parámetros tiene una relación directa con el coste y el tiempo de producción de 
un componente mecanizado, así como a la calidad del producto final. 
 
 La compleja naturaleza del problema de optimización de los parámetros en 
las operaciones de mecanizado en múltiples pasadas, ha provocado que el 
desarrollo de las estrategias de optimización haya sido muy lento. Debido a 
estas razones, no hay muchos estudios realizados a tal efecto. 
 
 Para poder hacer un estudio de optimización de los parámetros de corte es 
necesario: 
- Tener conocimientos sobre mecanizado. 
- Usar ecuaciones empíricas que relacionan la vida de la herramienta, las 
fuerzas de corte, la potencia de corte, el acabado de las superficies 
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mecanizadas, la deflexión del eje de la herramienta,… para desarrollar 
restricciones realistas. 
- Especificación de las limitaciones de la máquina en cuanto a la potencia 
máxima, máximo avance y máximo número de revoluciones del husillo. 
- Desarrollo de un criterio de optimización, máxima producción, mínimo 
coste, o una combinación de ambos. 
- Conocimiento de técnicas matemáticas de optimización. 
 
 Las estrategias de optimización de mecanizado en múltiples pasadas han 
demostrado una mayor eficiencia que las recomendaciones técnicas que hacen 
los manuales técnicos. Sin embargo el desarrollo de estas técnicas no ha sido 
el mismo en las diferentes operaciones de mecanizado. En las operaciones de 
fresado ha sido inferior que en las operaciones de torneado debido a que el 
mecanismo de corte en las operaciones de fresado es más complejo. 
 
 
1.1 OPTIMIZACIÓN DE OPERACIONES DE MECANIZADO EN 
MÚLTIPLES PASADAS. 
 
 Crookall y Venkataramani, Kals junto a otros autores y Lambert y Walvekar 
analizaron la optimización de las operaciones de torneado en múltiples 
pasadas pero seleccionando un número arbitrario de pasadas, por lo que sus 
resultados no pueden ser considerados como los valores óptimos. 
 
 Hitomi en sus primeros intentos optimizó las velocidades de corte y el ciclo 
de fresado sin tener en cuenta los otros parámetros de corte. En su última 
publicación aplicó una aproximación con el objetivo de encontrar los valores 
óptimos de la velocidad de corte y la de avance. 
 
 Rao y Hati al igual que Iwata junto a otros autores desarrollaron un modelo 
de optimización para el torneado basado o en el criterio de mínimo tiempo de 
producción o mínimo coste de producción. 
 
 Devor junto a otros autores y Ermer y Kromodihardjo investigaron la 
optimización usando el criterio de mínimo tiempo de producción a operaciones 
de 2 pasadas. Sin embargo utilizaron métodos de optimización mediante 
prueba y error y asumió que las pasadas fueran de igual profundidad hicieron 
que sus estudios no tuvieran la generalidad esperada. De todas maneras sus 
resultados fueron guardados por utilizar distintas condiciones de corte. 
 
 Agapiou desarrolló un proceso para optimizar el torneado que utilizaba una 
técnica de programación dinámica para encontrar el número de pasadas y 
luego las condiciones de corte eran optimizadas usando el método Simplex de 
Nelder-Mead. 
 
 Chen y Chen aplicaron el algoritmo de búsqueda punto a punto para 
determinar las condiciones de corte óptimas. 
 
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1.2 OPTIMIZACIÓN DE OPERACIONES DE FRESADO EN MÚLTIPLES 
PASADAS. 
 
 La optimización de las operaciones de fresado en múltiples pasadas difiere 
de la optimización para las operaciones en una única pasada. En el fresado de 
desbaste la restricción más importante es la cantidad de material eliminado 
mientras que en el fresado de acabado, la restricción más importante es la 
rugosidad de la superficie. 
 
 En la mayoría de las operaciones de fresado en múltiples pasadas, se 
combinan las pasadas de desbaste con al menos una pasada de acabado. 
Esta combinación de pasadas de desbaste y acabado obliga a que en el 
planteamiento del problema se recojan las restricciones correspondientes en 
función del tipo de pasada. 
 
 En la actualidad hay 2 formas de abordar el problema de la minimización de 
las operaciones de fresado en múltiples pasadas. 
- Usando técnicas de programación asistidas por ordenador. 
- Usando técnicas de búsqueda estocásticas. 
 
 Wang desarrolló un software de optimización para operaciones de fresado 
en múltiples pasadas basado en la función objetivo de máxima producción. Con 
este trabajo verificó la superioridad de las múltiples pasadas frente a la pasada 
única con algunas simulaciones. 
 
 Sonmez junto a otros autores realizaron un estudio basado en el criterio de 
máxima producción, usando un algoritmo adoptado de los estudios de Agapiou 
para el torneado en múltiples pasadas, pero utilizando la programación 
geométrica para optimizar las condiciones de corte. 
 
 Shunmugam junto a otros autores usa como base de la optimización el coste 
total de la producción. En su estudio divide el coste en dos problemas de 
minimización separados, uno para las pasadas de desbaste y otro para las de 
acabado. Esta división se realiza en 2 etapas, en la primera se determinan los 
costes mínimos para una pasada de desbaste y una de acabado y son 
tabulados para varios valores de profundidad fijados. En la segunda etapa se 
calcula el número de pasadas de desbaste con la máxima profundidad de corte 
permitida y la profundidad de acabado dentro del rango. Después con un 
algoritmo genético se encuentra el número óptimo de pasadas de desbaste en 
relación con la profundidad total y la pasada final que minimizan el coste total 
de la producción. 
 
 Más recientemente Wang junto a otros autores presentaron un nuevo 
método que utiliza algoritmos genéticos para la selección de las condiciones de 
corte intentando considerar los efectos de las principales variables del 
mecanizado.