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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.18.2013.tde-18112013-153023
Document
Author
Full name
Laercio Javarez Júnior
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2013
Supervisor
Committee
Duduch, Jaime Gilberto (President)
Carrion, Ronaldo
Cirino, Giuseppe Antonio
Jasinevicius, Renato Goulart
Rubio, Juan Carlos Campos
Title in Portuguese
Projeto e validação de um porta-ferramenta assistido para a usinagens de ultraprecisão
Keywords in Portuguese
Atuador piezelétrico
PID
Simulação
Sistema de controle
Ultraprecisão
Abstract in Portuguese
Este trabalho trata do projeto de um novo modelo de porta ferramenta assistido para ser utilizado em usinagens de ultraprecisão. O projeto conceitual foi concebido utilizando definições e princípios de projeto de maquinas de ultraprecisão. Com o modelamento concluído teve início a fase de simulação em elementos finitos. Simulações estáticas feitas com os materiais utilizados na fabricação do PFA - alumínio AISI 7075 e aço SAE 1020 - vieram comprovar a eficiência deste modelo, no que diz respeito ao deslocamento sob ação da carga aplicada por um atuador piezelétrico com deslocamento de 30m. Simulações dinâmicas também vieram comprovar que o modelo opera com deslocamentos de 30m e frequências de até 700 Hz utilizando o material de construção do PFA Al 7075, com quase nenhuma histerese. Em paralelo, foi projetado um sistema de controle proporcional integral derivativo (PID) para corrigir o posicionamento da ferramenta ao longo de todo o deslocamento. A geração de formas de ondas do tipo senoidal, quadrada, triangular e dente de serra para o deslocamento servem de forma a proporcionar usinagens variadas com alta precisão de deslocamento. A validação consistiu de testes em bancada e usinagens em alumínio AISI 6100, com variação de formas de onda e deslocamentos. Os resultados mostraram que este projeto de PFA em conjunto com o projeto do sistema de controle PID atuou perfeitamente para usinagens até 15m com frequências de até 30Hz
Title in English
Design and validation of an assisted toolholder for ultraprecision machining.
Keywords in English
Control system
Micropositioning
PID
Piezoelectric actuators.
Simulation
Abstract in English
This paper addresses the design of a new model of assisted toolholder to be used in ultraprecision machining. The conceptual design was conceived utilizing definitions and design principles of ultraprecision machines. Finite element was performed once the modeling was completed. Static simulations with the material used to manufacture the PFA (AISI 1020 steel and 7075 aluminum) have proved the efficiency of this model, with regard the displacement of the tool under the action of a load of a piezoelectric actuator. Also dynamic simulations have demonstrated that the model operates with 30m displacements and frequencies of 700Hz using Al 7075 material with almost no hysteresis. In parallel, a proportional integral derivative (PID) control system was designed to correct positioning of the tool throughout the entire range of displacements. Sinusoidal, square, triangular and saw tooth waveforms were generated as a means of validate the displacement of the PFA during the machining of various features using a high precision control system. The validation consisted of tests during the machining of 6100 aluminum, with a range of waveforms and displacements and non-machining tests with the same displacements and frequencies. The results showed that the PFA design together with the control system acted perfectly for amplitudes up to 15m with frequencies up to 30Hz.
 
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LaercioJavarezJr.pdf (6.76 Mbytes)
Publishing Date
2013-11-22
 
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