Projeto geométrico e estrutural de minimáquina-ferramenta multifuncional de precisão

• Autor(a) principal: Rodrigues, Eric Silva
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
• Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/36319
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::ESTATICA E DINAMICA APLICADA; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::FUNDAMENTOS GERAIS DE PROJETOS DAS MAQUINAS; Minimáquina-ferramenta; Máquina multifuncional; Metodologia de projeto; Análise de elementos finitos; Usinagem de precisão; Granito sintético; Usinagem de ultraprecisão; Geometria de máquina-ferramenta; Projeto mecânico de máquina

O presente estudo aborda o projeto estrutural preliminar de minimáquina-ferramenta multifuncional de granito sintético visando aplicação em manufatura avançada de ultraprecisão. A demanda por máquinas-ferramentas e células de manufatura capazes de desempenharem multiprocessos aditivos e subtrativos em macro e micro escala justifica o desenvolvimento de minimáquinas multifuncionais CNC. Na literatura estão descritas diversas estruturas geométricas e materiais de construção que também são aplicados em máquinas comerciais de precisão e ultraprecisão. Entretanto, o estado da arte não contempla estudos comparativos das influências geométricas no desempenho estrutural de máquinas de granito sintético. Motivado pelas propriedades do granito sintético e efeito geométrico estrutural, esta pesquisa aborda o projeto estrutural comparativo inicial de seis estruturas, a saber C (EC), pórtico (EP), tetraédrica (ET), octaédrica (EO), tetraédrica dupla (ETD) e octaédrica mais tetraédrica (EOT), sendo a ETD e a EOT geometrias originais. As condições de contorno incluíram envelope de trabalho de 400 mm x 400 mm x 400 mm e rigidez estática de 1 000 N/µm. Metodologia de projeto mecânico de engenharia e análise de elementos finitos foram utilizados para avaliar o desempenho comparativo mássico, dimensional, complexidade de fabricação, modos de vibração, tensões e deformações mecânicas. Os resultados da simulação estática apontaram menores deformações das estruturas convencionais EC e EP a partir da ação da gravidade isolada e da ação da gravidade e força de usinagem simultaneamente, enquanto as estruturas ETD e EOT apresentaram as maiores deformações. Os resultados da simulação dinâmica retornaram maiores modos de vibração para EC e EP, respectivamente, e o menor modo de vibração para a ETD. Quanto as massas das estruturas, em ordem crescente, os resultados foram EC, EP, ET, EOT, EO e ETD. Conclui-se que, dentre as geometrias analisadas, foi possível alcançar a rigidez desejada independentemente da geometria estrutural, entretanto com massas, complexidades de fabricação e modos de vibração distintos que podem refletir expressivamente no custo-benefício da estrutura. Apesar das estruturas terem sido submetidas a diversas iterações de otimização não se descarta a possibilidade de existirem estruturas similares de menores massas, volumes e até mesmo com melhores desempenhos estáticos e dinâmicos.