MDF 124
TRABAJO DE MÓDULO C2
TRABAJO DE MÓDULO C2: SEGUIDOR SOLAR
GRUPO C: Pablo Catalán Pachés Rocío Herranz Ponce Ximo Mas Cifuentes Cristina Torralba Ibáñez 1
MDF 124
TRABAJO DE MÓDULO C2
ÍNDICE 1. Modelo CAD del seguidor. 1.1. Ensamblaje del conjunto. 1.2. Planos. 2. Análisis CAE de las piezas más críticas del seguidor. 2.1 . Análisis CAE del Eje de giro del Brazo horizontal. 2.2 . Análisis CAE del Pie vertical. 2.2.1. Análisis 90º 2.2.1.1. Momentos 2.2.1.2. Fuerzas 2.2.1.3. Combinado 2.2.2. Análisis 45º 3. Simulación del movimiento del seguidor. 3.1. Justificación. 3.2. Videos. 4. Fabricación del molde de la tapa de la caja de conexiones. 4.1. Selección de herramientas y cálculo de parámetros utilizados. 4.2. Plan de procesos. 4.3. Generación del código ATP y los archivos de código máquina.
2
MDF 124
TRABAJO DE MÓDULO C2
1. Modelo CAD del seguidor. 1.1.
Ensamblaje del conjunto.
Ver archivo seguidor_solar.asm que se encuentra en la carpeta adjunta de Anexos. 1.2.
Planos.
Se han realizado los planos de las vistas explosionadas de los distintos conjuntos que forman parte del ensamblaje total del seguidor. Además, también se añaden los planos ya realizados anteriormente de las piezas que componen el seguidor. -
Plano Nº1: Seguidor solar
-
Plano Nº2: Conjunto Pie vertical, Brazo horizontal (“T”) y Conjunto movimiento eje horizontal
-
Plano Nº3: Conjunto parrilla
-
Plano Nº4: Conjunto movimiento vertical
-
Plano Nº5: Conjunto motor-reductor
-
Plano Nº6: Conjunto movimiento eje horizontal
-
Plano Nº7: Conjunto coronas
-
Plano Nº8: Suplemento soporte rodamiento
-
Plano Nº9: Pie vertical
-
Plano Nº10: Brazo horizontal (“T”)
-
Plano Nº11: Parrilla
-
Plano Nº12: Ángulo fijación
-
Plano Nº13: Brida motor-reductor
-
Plano Nº14: Eje entrada corona
-
Plano Nº15: Cuerpo caja conexiones
-
Plano Nº16: Tapa caja conexiones
-
Plano Nº17: Goma caja conexiones
3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A
A
B
B
A (2:1)
A C
C
11
10 D
9
15
14
12
D
8 7
13 6
E
E 5 4 3
F
2
1
G
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Tuerca hexagonal M8 Horquilla Conj. movimiento eje vertical Tornillo Allen M8x50 Conjunto parrilla Tuerca M8 desliz. con freno Suplemento soporte rod. Soporte rodamiento Tornillo Allen M8x130 Tapa caja conexiones Goma caja conexiones Tornillo Allen M3x16 Cuerpo caja conexiones Conj. completo mov. eje horiz. Tornillo Allen M18x100
Marca
Denominación
Observaciones:
1 1 1 3 1 5 2 2 4 1 8 1 1 4
Acero Acero Acero Acero Aluminio Acero Acero Fundición Acero PVC Caucho Acero PVC Acero Acero
Cantidad Material Lista de piezas
Título:
Plano nº:
SEGUIDOR SOLAR Escala:
H
1:10
Un. dim.
Sistema:
DIN 934 Minitec 21.2030/0 Plano Nº4 DIN 912 Plano Nº3 Minitec 21.1351/2 F Plano Nº8 SKF25F DIN 912 Plano Nº16 Plano Nº17 DIN 912 Plano Nº15 Plano Nº2 G DIN 912
Hoja nº:
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
Comprobado por:
Fecha:
Referencia
1 de
H
15-01-10
mm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
A
A
4
B
B
C
C
3
2
D
D
1
E
E
F
F
Marca 4 3 2 1
G
Lista de piezas Cantidad Denominación 1 Brazo horizontal Tornillo Allen M16x40 31 1 Conj. mov. eje horizontal 1 Pie vertical
Observaciones:
Escala:
H
1:10
Un. dim.
Título:
CONJUNTO PIE VERTICAL, "T", CONJ. MOV. EJE HORIZ.
Sistema:
Material Acero Acero Acero Acero Plano nº: Hoja nº:
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
Comprobado por:
Fecha:
Referencia G Plano Nº10 DIN 912 Plano Nº14 Plano Nº9
2 de
H
14-01-10
mm
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A
A
B
B
5 C
C
4
D
D
3 2
1
E
E
F
F
5 4 3 2 1 Marca
G
4 Placa solar 32 Ángulo fijación 32 Tuerca M8 desliz. con freno 64 Tornillo Allen M8x20 1 Parrilla Cantidad Denominación Lista de piezas
Observaciones:
Escala:
H
1:10
Un. dim.
Sistema:
Sun Power 225 Aluminio Plano Nº12 Acero Minitec 21.135/2 Acero DIN 912 Aluminio Plano Nº11 Material Referencia
Título:
Plano nº:
CONJUNTO PARRILLA
Hoja nº:
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
Comprobado por:
Fecha:
3 de
H
14-01-10
mm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
G
12
1
2
3
4
5
6
A
A
B
B
1
2 C
C
3 D
D
E
E
F
F
3 2 1 Marca
G
Acero 3 Tornillo Allen M6x70 1 Acero Conjunto motor-reductor 1 Acero Actuador lineal Cantidad Material Denominación Lista de piezas
Observaciones:
Escala:
H
1:2,5
Un. dim.
Título:
CONJUNTO MOVIMIENTO EJE VERTICAL
Sistema:
Plano nº: Hoja nº:
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
Comprobado por:
Fecha:
DIN 912 Plano Nº5 Referencia
4 de
H
14-01-10
mm
1
2
3
4
5
G
6
1
2
3
4
5
6
7
8
1
A
A
2 3 B
B
4
5 7
C
6
C
D
D 7 6 5 4 3 2 1 Marca
E
4 Tuerca hexagonal M5 1 Tornillo Allen M5x30 4 Arandela plana pulida M5 1 Reductor 4 Tornillo M5x15 Allen 1 Brida motor-reductor Motor 1 Cantidad Denominación Lista de piezas
Observaciones:
Acero Acero Acero Acero Acero Acero Acero Material
Título:
Plano nº:
CONJUNTO MOTOR-REDUCTOR Escala:
F
Sistema:
1:2 Un. dim.
Hoja nº:
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
Comprobado por:
Fecha:
DIN 934 DIN 912 UNE 17066 DIN 912 Plano Nº13 Referencia
5 de
14-01-10
F
mm
1
2
3
4
5
6
7
E
8
1
2
3
4
5
6
7
8
A
A 1
B
B 2
3
C
C
4
D
D
Marca 4 3 2 1
E
Lista de piezas Cantidad Denominación Tornillo Allen M6x70 3 1 Conjunto motor-reductor 1 Eje entrada corona 1 Conjunto coronas
Observaciones:
Escala:
F
Título:
CONJUNTO MOVIMIENTO EJE HORIZONTAL
Sistema:
1:2 Un. dim.
Material Acero Acero Acero Acero Plano nº: Hoja nº:
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
Comprobado por:
Fecha:
Referencia DIN 912 Plano Nº5 Plano Nº14 Plano Nº7
6 de
14-01-10
F
mm
1
2
3
4
5
6
7
E
8
1
2
3
4
5
6
A
A
1 B
B
C
C
2
D
D
E
E
F
F
G
2 1 Marca
Corona exterior Corona interior Denominación
Observaciones:
Título:
CONJUNTO CORONAS Escala:
H
1:2
Un. dim.
Sistema:
G
1 Acero 1 Acero Cantidad Material Lista de piezas
Referencia
Plano nº:
7
Hoja nº:
de
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
Comprobado por:
Fecha:
H
14-01-10
mm
1
2
3
4
5
6
1
2
3
A
4
5
6
7
8 A
134,2
B
100
B
C
C
110 100 D
D 12
R1
29,2
R
4,6
2,50
17 E
E
Observaciones:
Título: SUPLEMENTO SOPORTE RODAMIENTO
Material: Acero Acabado: Galvanizado Escala:
F
1:1
Sistema:
Un. dim.
Plano nº:
8
Hoja nº:
de
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
Comprobado por:
Fecha:
29-12-09
F
mm
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
B-B A
A
n2
n 35
70
B
0
B
5
16xø17
5
C
C
B
B
A
A Tubo esp. 5 mm
D
1760 154
D
5
5 5
88,75
222,50
E
3x25(25) 3x25(25) E
A-A 400
50
300
50
4xø20
F
F
300
400
5
5
G
G 5 5 Observaciones:
2x25(12,5) 2x25(12,5) Título:
PIE VERTICAL
Material: Acero Acabado: Galvanizado Escala:
H
1:5
Un. dim.
Sistema:
Plano nº:
9
Hoja nº:
de
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
29-12-09
Comprobado por:
Fecha:
H
mm
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A
A 120 5
5 B
B Tubo 120x50x5 (Tapar un extremo)
15 2 n
16xø17 n13 5
C
D
n175
C
D
1950,6 1850,6
50
5
A
105 25
5
E
E 50
ø10
195
292,5
Tubo ø145 esp. 5
A (2:1)
259,3 339,3 20
5
5
F
F 15 8
5
5x25(25)
ø25 h7
2(20)
G
ø135
ø145
G
Observaciones:
Título:
BRAZO HORIZONTAL
Material: Acero Acabado: Galvanizado
50
50 Escala:
H
1:5
Un. dim.
Sistema:
Plano nº: Hoja nº:
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
Comprobado por:
Fecha:
10 de
H
29-12-09
mm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
A
4
5
45
3120
6
7
8 A
3
494,5
A 1
B
519
1508
B
1598
2 3
4 C
624
624
624
624
C
624
A (10:1) D
D
45
45
4 3 2 1 Marca
E
Tapa perfil Perfil transv. B Perfil transv. A Perfil long. Denominación
Observaciones:
4 2 4 2 Cantidad
ABS Aluminio Aluminio Aluminio Material
Título:
Tapa perfil 45x45 UL Minitec Perfil 45x45 UL Minitec E Perfil 45x45 UL Minitec Perfil 45x45 UL Minitec Referencia Plano nº:
11
PARRILLA Hoja nº: Escala:
F
1:20
Sistema:
Un. dim.
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
Comprobado por:
Fecha:
de
29-12-09
F
mm
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
A
A 45
2
22,5
22,5
B
45
B
ø7,5
22,5 45
C
Observaciones:
C
Título:
ÁNGULO FIJACIÓN
Material: Aluminio
Escala:
D
1:1
Un. dim.
Sistema:
Plano nº: Hoja nº:
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
Comprobado por:
Fecha:
12 de
D
29-12-09
mm
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
10
A
A
ø5,5
n
80
6
2 4 ,8 6 n
ø9
R3
ø25
B ø7
B
n
40
C
C
Observaciones:
Título:
BRIDA MOTOR-REDUCTOR Escala:
D
1:1
Un. dim.
Sistema:
Plano nº:
13
Hoja nº:
de
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
Comprobado por:
Fecha:
D
11-01-10
mm
1
2
3
4
5
6
1
2
3
A
4
5
6
A
100 8
84
A-A
B
4 4,12
R2
50
B
n 12
4
ø25
2,34
A
A
C
C
Observaciones:
Escala:
D
1:1
Un. dim.
Título:
Sistema:
EJE ENTRADA CORONA
Plano nº:
14
Hoja nº:
de
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
Comprobado por:
Fecha:
D
11-01-10
mm
1
2
3
4
5
6
6,65
4
151 137,70
6,65
A
3
6
121,5
7
B-B E
A-A
B
A
D
5
8 A
F F (2:1)
tal.ø4 pasante
C
27
4
B 119
3
1,5
20
40
151
137,70
B
C
2,83
ø4
20,00
11,81
2
16
1
C
B
A
D (4:1) 17,46
R 11 1, 25
C-C
D 17,46
2
D
E (4:1) 1
C
1,5
ø40
E
E
Observaciones:
Título:
CAJA CONEXIONES
Material: PVC
Radios no definidos R=2
Escala:
F
Sistema:
1:2 Un. dim.
Plano nº:
15
Hoja nº:
de
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
Comprobado por:
Fecha:
F
29-12-09
mm
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
151 6,65 6,65
A
E
A
B-B
A-A
B
C
A
D
B
137,70
151
B
137,70
C
A 80
C (4:1)
D (4:1)
E (4:1)
2
D
16,06
ø4
2
D
2,83
4
14
1
2
C
B
E
18,29
1,41
18,29
4
2
E
Radios no definidos R=2 Observaciones:
Título:
TAPA CAJA CONEXIONES
Material: Polipropileno
Escala:
F
Plano nº:
Sistema:
1:2 Un. dim.
Hoja nº:
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
Comprobado por:
Fecha:
16 de
29-12-09
F
mm
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
149
A
A
18
18
2
B
0,5
149
B
C
C Radios no definidos R=2
Observaciones:
Título:
Material: Caucho
Escala:
D
1:1
Un. dim.
Sistema:
Plano nº:
GOMA CAJA CONEXIONES
17
Hoja nº:
de
Dibujado por: Cristina Torralba Ibáñez
Fecha:
29-12-09
Comprobado por:
Fecha:
D
mm
1
2
3
4
5
6
MDF 124
TRABAJO DE MÓDULO C2
los componentes que más pueden sufrir a acusa de las inclemencias anteriormente mencionadas. Para la primera pieza (Ejes brazo horizontal) se supondrá el caso mas desfavorable que es la parrilla a 90º. Para la segunda pieza (Pie vertical) se tendrá en cuenta dos posiciones del panel solar, la primera a 90º puesto que es cuando, hay mayor flexión sobre el mástil y la segunda en un ángulo de 45º porque en esta posición, la presión hacia el suelo es máxima. Se supondrán en ambos casos las condiciones más desfavorables de empuje, viento perpendicular a la parrilla. 2.1. Análisis CAE del Eje de giro del Brazo horizontal. El estudio se realizará sobre la pieza representada en la siguiente figura:
En primer lugar se introducirán los parámetros correspondientes al material del cual está fabricada la pieza a analizar: acero galvanizado, que definen sus características tenso-deformacionales:
22
MDF 124
TRABAJO DE MÓDULO C2
A continuación se determinarán las restricciones de la pieza para indicar las ligaduras con el contorno, es decir, indicamos las limitaciones de movimiento que tiene la pieza. Nuestra pieza se sujetará al brazo horizontal mediante soldadura de las superficies interior del tubo del brazo con la superficie envolvente exterior de nuestra pieza estudio. Por tanto, esta última estará totalmente restringida, tanto en traslación como en rotación, tal y como se muestra en la siguiente figura:
23
MDF 124
TRABAJO DE MÓDULO C2
El siguiente paso será indicar las cargas que actúan. Posición a 90º Cargas Ejercidas: Tras lo establecido, aparecen como cargas a aplicar sobre el componente; 1.- Fuerza Horizontal ejercida por la presión del viento transmitida sobre la superficie superior. Fuerza del viento (N):
F = cx S δv2/2= 7407 N donde: v velocidad del viento (m/seg.) = 44.44 δ densidad del aire (Kg/m3) = 1.25
24
MDF 124
TRABAJO DE MÓDULO C2
S o superficie (m2) = 1600*3120 = 5 cx es coeficiente de la resistencia del aire = 1,2 2.- Fuerza Vertical ejercida por componentes superiores (parrilla, placas, soporte rodamiento). Peso de los componentes (Kilogramos fuerza): COMPONENTE Parrilla Placas Conjunto rodamiento
PESO (Kg) 20.0 15.0 0.5
UNIDADES 1 4 2
TOTAL 20.0 60.0 1.0 81.0 Kg f
Teniendo en cuenta que el posicionador consta de 2 ejes dispuestos de forma simétrica, las cargas se aplicarán aplicando la mitad de lo calculado.
Cargas aplicadas en la dirección eje horizontal (Y): Fuerza del viento = 7407 / 2 = 3704 N Cargas aplicadas en la dirección del eje vertical (X): Fuerza del Peso = 81.0 * 9.8 / 2 = 397 N Estas cargas se aplicaran de forma distribuida sobre la mitad superior de la superficie del eje de giro:
25
MDF 124
TRABAJO DE MĂ“DULO C2
Una vez aplicadas las cargas y las restricciones, vamos a realizar el mallado de la pieza, para ello utilizamos los valores por defecto propuestos por el sistema:
26
MDF 124
TRABAJO DE MÓDULO C2
Se obtiene el siguiente mallado:
Puesto que las zonas conflictivas van a ser la superpie de unión del eje con la base de la pieza, se observa que el número de elementos es escaso para nuestro caso, por ello redimensionaremos el mallado obligando al sistema a utilizar elementos más pequeños y proporcionados:
27
MDF 124
TRABAJO DE MĂ“DULO C2
Se obtiene el siguiente mallado:
28
MDF 124
TRABAJO DE MÓDULO C2
Este segundo mayado ya es más apropiado para el análisis que vamos a realizar y es el que utilizaremos. A continuación lanzamos el análisis con las cargas y restricciones establecidas y utilizando el método single-pass adaptative;
Obteniéndose los siguientes resultados:
29
MDF 124
TRABAJO DE MÓDULO C2
Como se aprecia, las tensiones más críticas se dan justo en la base de la unión eje pieza y sus valores son:
Obteniéndose como valor máximo de la tensión de Von Mises de: 105,6 N/mm2 Y teniendo en cuenta que el acero galvanizado soporta tensiones de 210.000,0 N/mm2, nuestro diseño supera con creces los esfuerzos a los que se verá sometido en condiciones climáticas adversas de máxima velocidad. Quedaría estudiar una la condición de funcionamiento en la que a estas velocidades (160 Km/h) el posicionar intentará mover la parrilla y por lo tanto el empuje que sufriría el eje sería como mínimo el doble. Pero, teniendo en cuenta que el ángulo de mayor inclinación en condiciones normales es de 45º y que el cálculo obtenido es para 90º (muchísimo mas desfavorables) y que el margen obtenido es tan enorme, se dará por bueno los resultados obtenidos. Como detalle contemplar la diferencia de deformación que sufre el eje en su base trabajando a tracción y a compresión según sea la dirección del empuje:
30
MDF 124
TRABAJO DE Mร DULO C2
Finalmente, se incluye en el Anexo un video donde se refleja el resultado de los anรกlisis: CAE1_PIEZA1
31
MDF 124
TRABAJO DE MÓDULO C2
2.2. Análisis CAE del Pie vertical. El estudio se realizará sobre la pieza representada en la siguiente figura:
En primer lugar se introducirán los parámetros correspondientes al material del cual está fabricada la pieza a analizar: acero galvanizado, que definen sus características tenso-deformacionales:
A continuación se determinarán las restricciones de la pieza para indicar las ligaduras con el contorno, es decir, indicamos las limitaciones de movimiento que tiene la pieza.
32
MDF 124
TRABAJO DE MÓDULO C2
Nuestra pieza se sujetará a la solera de hormigón a través de 4 pernos alojados en sus correspondientes orificios de la base:
Para el caso que nos ocupa, restringiremos las aristas de los orificios de la cara inferior de la base de la pieza:
33
MDF 124
TRABAJO DE MÓDULO C2
El siguiente paso será indicar las cargas que actúan, y para ello, en base a los supuestos contemplados, se realizarán 2 análisis en función de la posición de la parrilla. 2.2.1 .1er Análisis: Posición a 90º Cargas Ejercidas: Tras lo establecido, aparecen las siguientes cargas a aplicar sobre el componente PIE VERTICAL: 1.- Fuerza Horizontal ejercida por la presión del viento transmitida sobre la superficie superior. Fuerza del viento (N):
F = cx S δv2/2= 7407 N
donde: v velocidad del viento (m/seg.) = 44.44 δ densidad del aire (Kg/m3) = 1.25 S o superficie (m2) = 1600*3120 = 5 cx es coeficiente de la resistencia del aire = 1,2
34
MDF 124
TRABAJO DE MÓDULO C2
2.- Fuerza Vertical ejercida por componentes superiores (brazo horizontal, parrilla, placas, husillo, corona, soporte rodamiento). Peso de los componentes (Kilogramos fuerza): COMPONENTE Parrilla Placas Conjunto rodamiento Brazo vertical Motor Reductor Husillo Corona
PESO (Kg) 20.0 15.0 0.5 66.0 0.8 3.0 28.0 55.0
UNIDADES 1 4 2 1 2 2 1 1
TOTAL 20.0 60.0 1.0 66.0 1.6 6.0 28.0 55.0 219.6 Kg
3.- Momento flector aplicado sobre la corona superior Momento Flector: M= F*d = 2488,75 Nm Donde: F fuerza aplicada (N) d distancia (m)
= 7407 = 0.336
A continuación obtendremos las cargas a aplicar en cada uno de los orificios: Cargas aplicadas en la dirección eje horizontal (Y): Fuerza del viento / nº de orificios = 7407 / 16 = 462.9 N Cargas aplicadas en la dirección del eje vertical (Z): Peso * 10 / 16 = 219.6 * 9.8 / 16 = 137.25 N Momento aplicado con giro respecto eje horizontal (Y): Momento = 2488,75 Nm = 2488750 Nmm2 Llegados a este punto, el análisis de esta pieza vamos a realizarlo en diferentes pasos para poder observar como actúan por separado cada una de las cargas aplicadas.
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2.2.1.1.- Momentos: En primer lugar someteremos a la pieza al esfuerzo del Momento flector derivado de la Fuerza adoptada en el centro de la parilla y que se traslada hasta la base superior del pie vertical.
Se aplicará sobre el eje X para que el vuelco lo produzca en el mismo sentido que las fuerzas de empuje del viento (eje Y). Para poder utilizar Momentos, en el análisis se deben utilizar elementos BEAM o SHELL ya que es un requerimiento del software utilizado. En nuestro caso y teniendo en cuenta que la geometría de la pieza se adecua a la utilización de superficies medias, idealizaremos la pieza (shells pairs) para poder mallar con elementos tipo SHELL:
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Se realizará el mallado con las parámetros por defecto del sistema y con elementos shell (triángulos y cuadriláteros); obteniéndose la siguiente figura:
Hay que destacar que la realización de este mayado supone una disminución muy importante a la hora de los tiempos de ejecución del análisis, ya que si lo realizáramos con elementos TRES-D, el número de ecuaciones es elevadísimo si se quieren obtener mayados óptimos. 37
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Así pues, con el mayado de este tipo podemos aumentar el refinado de la malla en los lugares críticos, como son los orificios de ambas bases:
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Por otro lado, como el momento flector originará tensiones en la unión de las base con el cilindro vertical, aumentaremos el refinado en esas zonas:
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Tras el refinado se obtiene el mayado siguiente:
A continuación lanzamos el análisis con las cargas y restricciones establecidas y utilizando el método single-pass adaptative;
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Obteniendo los siguientes resultados:
Obteniéndose como valor máximo de la tensión de Von Mises: 1133 N/mm2 Y teniendo en cuenta que el acero galvanizado soporta tensiones de 210.000,0 N/mm2, nuestro diseño supera con creces los esfuerzos a los que se verá sometido en condiciones climáticas adversas de máxima velocidad. También podemos observar que aun habiendo refinado la malla para un total de casi 2000 elementos, el tiempo de cálculo ha sido de 70 segundos, lo que nos da pie a poder realizar diferentes análisis al no tener el hándicap de las tediosas esperas. 41
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En cuanto a las tensiones obtenidas, en la siguiente figura se muestra como actúa el momento sobre la superficie, produciendo la torsión mayores tensiones sobre la unión de las dos superficies:
Vemos con más detalle, como son los orificios más alejados respecto del momento torsor los que sufren mayores tensiones;
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Finalmente, también se aprecia en la base del pie vertical como las zonas perpendiculares al momento son las mas afectadas por su acción, siendo las zonas que menos sufren las que coinciden con su eje de giro (X);
Este aspecto nos determina que los nervios colocados en este eje, podrían reubicarse a 45º para paliar el efecto de la deformación contemplada.
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2.2.1.2.- Fuerzas: En este punto contemplaremos únicamente los esfuerzos sometidos por las Fuerzas. Estas fuerzas nos determinarán unas cargas que vamos a distribuir de forma uniforme sobre los 16 orificios de la base: Cargas aplicadas en la dirección eje horizontal (Y): Fuerza del viento / nº de orificios = 7407 / 16 = 462.9 N Cargas aplicadas en la dirección del eje vertical (Z): Peso * 10 / 16 = 219.6 * 9.8 / 16 = 137.25 N
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A continuación lanzamos el análisis con las cargas y restricciones establecidas y utilizando el método single-pass adaptative;
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Obteniendo los siguientes resultados:
Obteniéndose como valor máximo de la tensión de Von Mises: 380 N/mm2 Y teniendo en cuenta que el acero galvanizado soporta tensiones de 210.000,0 N/mm2, nuestro diseño supera con creces los esfuerzos a los que se verá sometido en condiciones climáticas adversas de máxima velocidad.
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En la siguiente figura, se contempla claramente la diferencia de aplicar Fuerzas con respecto los Momentos, ya que aquí se produce una deformación que prácticamente no repercute en la base superior y se traslada todo a la base inferior;
debido a la naturaleza del empuje horizontal de la Fuerza.
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2.2.1.3.- Anรกlisis combinado: Finalmente, combinaremos todos los esfuerzos a los que estรก sometida la pieza para realizar el anรกlisis conjunto: Seleccionamos cargas debidas a Fuerzas y Momentos;
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Lanzamos el anรกlisis;
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y obtenemos:
Obteniéndose como valor máximo de la tensión de Von Mises: 1155 N/mm2 El cual auna los esfuerzos de los casos anteriores sobrepasamos la tensión de 210.000,0 N/mm2.
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pero en ningún caso
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2.2.2.- 2º Análisis: Posición a 45º Cargas Ejercidas: 1.- Fuerzas Horizontal y Vertical ejercidas por la presión del viento transmitida sobre la superficie superior. Para este caso se utiliza la expresión anteriormente calculada pero afectada por el ángulo de inclinación;: F = cx S δv2/2= 7407 N F H = F * cos α = 7407 * cos 45 = 5235,54 N F V = F * sen α = 7407 * sen 45 = 5235,54 N α es el ángulo de inclinación de la parrilla en º = 45 2.- Fuerza Vertical ejercida por componentes superiores (brazo horizontal, parrilla, placas, husillo, corona, soporte rodamiento). En este caso no varia y por lo tanto como en el caso anterior: Cargas aplicadas en la dirección del eje vertical (Z): Peso * 10 / 16 = 219.6 * 9.8 / 16 = 137.25 N 3.- Momento flector aplicado sobre la corona superior Momento Flector: M= F * cos α *d = 1759,81 Nm Donde: F fuerza aplicada (N) = 7407 d distancia (m) = 0.336 α es el ángulo de inclinación de la parrilla en º = 45
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A continuación aplicamos las cargas cada uno de los orificios y el momento en la superficie:
Lanzamos el análisis y obtenemos:
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En donde se aprecia que el esfuerzo en este caso, es inferior al estudiado en los casos anteriores (90º). Teniendo en cuenta, tal y como se comento con la 1ª pieza, que el posicionador va a trabajar en ángulos no superiores a 45º, podemos asegurar que el dispositivo soportará vientos eventuales de mas de 200 Km/h. Además, nuestro seguidor llevará incorporado un anemómetro que en casos límites, posicionará la parrilla a 0ª a efectos de proteger la integridad del mismo. Finalmente, se anexan unos videos en los que se contempla el efecto de los análisis realizados sobre la pieza en el caso mas desfavorable (90º) CAE1_PIEZA2, CAE2_PIEZA2, CAE3_PIEZA2
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3. Simulación del movimiento del seguidor. 3.1. Justificación. Un seguidor solar es un dispositivo mecánico capaz de orientar los paneles solares de forma que éstos permanezcan cercanos a la perpendicular de los rayos solares, siguiendo al sol desde el este en la alborada hasta el oeste en la puesta. En un seguidor de dos ejes (2x): la superficie se mantiene siempre perpendicular al sol. •
•
En un eje azimutal (vertical) (1xa): la superficie gira sobre un eje vertical, el ángulo de la superficie es constante e igual a la latitud. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida en todo momento con el meridiano local que contiene al Sol. La velocidad de giro es variable a lo largo del día. En un eje cenital (horizontal) (1xh): la superficie gira en un eje horizontal y orientado en dirección norte-sur. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida en todo momento con el meridiano terrestre que contiene al Sol.
La solución adoptada para los mecanismos de movimiento según los dos grados de libertad, son los que se detallan a continuación: MODULO DE GIRO: Mecanismo para el giro Azimutal (plano horizontal – eje vertical).
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ACTUADOR LINEAL: Mecanismo para el giro Cenital - plano Vertical
Para el análisis cinemático del sistema, determinaremos en primer lugar la velocidad de seguimiento mínima necesaria. La siguiente gráfica representa la duración de la luz solar en los diferentes periodos del año:
Teniendo en cuenta que el día más corto es en el mes de diciembre (aproximadamente unas 10 horas y media) y que el ángulo descrito por el eje azimutal es alrededor de 150 º, la velocidad más elevada se calculará para este periodo y vendrá determinada por la expresión: V= grados / horas = 150 / 10.5 = 14.28
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Es decir, una velocidad de 15 grados por hora. A continuación determinaremos la expresión en unidades normalizadas de rpm: 15 º/h = (15 º * (1 rev / 360 º)) / (1 h * ( 60 min / 1 h)) = 0.0006944 rev / min = 0.0007 r.p.m. Teniendo en cuenta que las velocidades de giro de los diferentes dispositivos són: Motor 120 = n = 3500 r.p.m. reducida por regulación a 1500 por ser la máxima admisible del reductor. Reductor = i = 60:1 Corona = i= 61:1 Nos dará una velocidad de giro para el eje azimutal de: 1500 / (60 * 61) ) = 0.4 r.p.m. Siendo superior a la máxima obtenida para dicho movimiento. A continuación determinaremos los parámetros del giro cenital: Motor 120 = n = 3500 r.p.m. reducida por regulación a 1500 por ser la máxima admisible del reductor. Reductor = i = 60:1 Husillo = según fabricante para una entrada de 25 r.p.m. da un avance 200 mm/minuto Como el Husillo Extendido para realizar el abatimiento completo es de 600 mm, serán necesarios únicamente 600/200=3 minutos para realizar todo el recorrido cenital. Una vez determinadas las velocidades de los diferentes mecanismos empleados comentaremos a modo de introducción como realizaremos el seguimiento: Elevación: La velocidad de elevación del sol varía a lo largo del día (siendo mayor un poco después del orto y un poco antes del ocaso), las variaciones de la velocidad se mantienen constantes a lo largo de todo el año, lo único que cambia son las horas (torto-tocaso). Podemos dividir el día en tres partes, y determinar una velocidad de movimiento para por la mañana, igual que para por la tarde y otra velocidad distinta para las horas alrededor del mediodía, recordar que para las 12:00 horas, la velocidad de elevación es 0º. Establecemos la velocidad de elevación en
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x grados/min, para por la mañana, el reductor tiene una reducción i1, el husillo mecánico tiene una reducción i2, el motor tiene una velocidad de salida de n rpm, teniendo en cuenta estos datos, podemos decirle al motor que se mueva durante y min, para conseguir el movimiento de x grados/min. Con un encoder absoluto controlo el movimiento, y cada x intervalos de tiempo, le pido una lectura de la posición, si la posición que tiene en ese instante se desvía en más de m grados de la que debería tener en ese instante (función de la hora del día, latitud, día del año), le digo que corriga la posición, es decir, le digo que se mueva durante z min. Orientación: La velocidad de orientación cambia a lo largo del año. Hay que dividir los 365 días del año en una serie de grupos de días, y para cada uno de esos días establecer unas velocidades. Cada día lo podemos dividir en 5 partes, para establecer unas velocidades adecuadas. Actuaremos de forma análoga al caso anterior. 3.2 Videos. La simulación del movimiento del seguidor se ha realizado con el módulo Mechanism. Se han realizado dos videos. Ver en el siguiente enlace: http://prezi.com/fqmagwld8efy/
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4. Fabricaciรณn del molde de la tapa de la caja de conexiones. 4.1. Selecciรณn de herramientas y cรกlculo de parรกmetros utilizados. 4.1.1 Molde de la pieza Por dificultades de mecanizado del molde, hemos considerado eliminar los agujeros de los 4 taladros y hacerlos a posteriori en la pieza ya moldeada, la tapa queda de la siguiente forma:
Y el molde de la siguiente forma:
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Las piezas a mecanizar son a pieza Cavity y Core:
4.1.2 Mecanizado de la pieza Core El PLAN DE PROCESOS INICIAL es el siguiente: Fase: DMC70V (centro de mecanizado vertical) Subfase: Mordaza Arnold oleodinámica Operación CN1: planeado Operación CN2: perfilado_1_desbaste Operación CN3: perfilado_1_acabado Operación CN4: perfilado_2 Operación CN5: ranurado_trayectoria El primer paso es crear un archivo de mecanizado: fichero_nuevo_mecanizado_conjunto CN, introducir nombre y quitar plantilla por defecto, aceptar; seleccionamos la plantilla mms_mfg_nc Ahora añadimos el modelo de referencia: modelo de mecanizado_ montar_modelo de referencia, abrir la pieza core; como por defecto el programa la coloca al revés, hay que crear un origen de coordenadas para que coincida con el de mecanizado:
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Y elegimos: posición__sistema de coordenadas, eligiendo ambos sistemas de coordenadas, la pieza se queda orientada correctamente:
El siguiente paso es añadir la pieza trabajada: En este caso se creará durante la marcha, tendrá las mismas dimensiones que el modelo de referencia en la base, pero con una altura de 21 para dejarle 1mm de creces para el planeado, ya que la altura total de la pieza es de 20. Dibujamos el esbozo y extruimos. Guardamos el bruto con el nombre: bruto_core Antes de introducir las secuencias CN, hay que definir una operación de mecanizado: mecanizado__operación Introducir el nombre de la operación: mecanizado_core, elegir la máquina CN: fresadora de 3 ejes (MACH01), definida por defecto en ProE y el tipo de máquina fresado. Ahora hay que crear el cero de máquina, es el sistema de coordenadas de referencia que la máquina utiliza para trabajar: elegimos las 2 aristas y mediante girar invertimos la dirección de los ejes para orientarlos correctamente.
Ahora hay que seleccionar el plano de retracción, seleccionamos superficie, por eje z e introducimos el valor de 20mm y aceptamos. A partir de ahora se empieza a mecanizar la pieza, para cada operación hay que seleccionar la herramienta de corte y las condiciones de corte: • La pieza es de acero al carbono no aleado UNE F111 • El rendimiento total de mecanizado µ=0.8 • La potencia máxima admisible= 10kW • Material a mecanizar= ISO P 63
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•
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Las herramientas se eligen del catálogo de Herramientas de fresado Sandvik.
Para la selección de todas las herramientas se seguirá el proceso como en el planeado, las condiciones de corte se calcularán de la siguiente manera para todas las operaciones: Cálculo de la velocidad del husillo(n)(rpm)
Cálculo avance mesa (Vf) )(mm/min) Cálculo de la fuerza de corte (Kc) (N/mm2)
Cálculo de la potencia meta (Pc) (KW)
A continuación elegimos la herramienta y calculamos los parámetros para poder dar de alta las operaciones en el ProE, en todas las operaciones se siguen los mismos pasos: CN1: planeado Selección de la herramienta de corte: La superficie a mecanizar mide: 171*171 mm Tipo de herramienta= CoroMill 245 (fresa para planear de plaquitas)
Paso de la herramienta= se requiere eliminar 1mm de creces, se realizará en una única pasada, de tipo L, el espesor a eliminar es bajo=1 mm
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Elegimos un Dc= 100, así efectuamos el planeado en 2 pasadas, con paso L:
La herramienta elegida es: R245-100Q32-12L, con 5 plaquitas. el tamaño de la plaquita es de 12mm, por lo que ap max=6mm Ahora elegimos la plaquita:
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La plaquita con el material ISO P, con condiciones normales (L) es: R24512T3E-PL 530 Damos de alta la operación en el Proe: mecanizado__secuencia CN__ mecanizado__planeado__3 ejes__listo Introducimos el nombre de la operación: planeado Introducimos los parámetros de la herramienta y aplicar, aceptar:
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A continuación definimos los parámetros de corte:
Ahora añadimos el modelo a mecanizar: modelo__listo__añadir y pinchamos sobre la superficie a mecanizar Seleccionamos la superficie y listo, volver. Quitamos material para q proe sepa q ya no existe: quitar __material, seleccionar secuencia_ auto_listo; añadir automático (es una secuencia distinta).
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CN2: perfilado_1_desbaste Selección de la herramienta:
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Introducción de la herramienta en ProE:
Introducción de los parámetros:
Y seleccionamos las superficies a mecanizar: :
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CN3: perfilado_1_acabado Selección de la herramienta:
Introducción de la herramienta en ProE:
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Parรกmetros de corte:
Superficie:
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CN4: perfilado_2 Herramienta:
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Introducción de la herramienta en ProE:
Parámetros:
Superficie:
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CN5: ranurado por trayectoria
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Introducción de la herramienta en ProE:
Parámetros introducidos:
Del administrador de procesos obtenemos las siguientes tablas:
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Pantallazo del Veri Cut:
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4.1.3 Mecanizado de la pieza Cavity El PLAN DE PROCESOS INICIAL es el siguiente: Fase: DMC70V (centro de mecanizado vertical) Subfase: Mordaza Arnold oleodinámica Operación CN1: planeado Operación CN2: cajeado_desbaste Operación CN3: cajeado_acabado Operación CN4: Cajeado_eliptica Operación CN5: ranurado_trayectoria (letras) Creación del fichero de mecanizado: fichero_nuevo_mecanizado_conjunto CN, introducir nombre y quitar plantilla por defecto, aceptar. Seleccionar plantilla mms_mfg_nc Añadir el modelo de referencia y lo orientamos por defecto. Añadirmos la pieza trabajada: en este caso se creará durante la marcha, tendrá las mismas dimensiones que el modelo de referencia en la base, pero con una altura de 27 para darle 1mm de creces para el planeado. Con el nombre bruto_cavity A continuación tenemos que definir la operación de mecanizado, los pasos son los mismos que en el mecanizado anterior (mecanizado_core). A partir de ahora se empieza a mecanizar la pieza, para cada operación hay que seleccionar la herramienta de corte y las condiciones de corte: • La pieza es de acero al carbono no aleado UNE F111 • El rendimiento total de mecanizado µ=0.8 • La potencia máxima admisible= 10kW • Material a mecanizar= ISO P • Las herramientas se eligen del catálogo de Herramientas de fresado Sandvik. Para la selección de todas las herramientas se seguirá el proceso como en el planeado de la pieza core, y los parámetros de corte se calcularán de la misma forma que en el mecanizado de la pieza core.
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CN1: Planeado Selección de la herramienta:
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Introducimos la herramienta:
A continuación introducimos los parámetros de corte:
Como la herramienta hace mucho recorrido y queremos que planee toda la superficie, en parámetros avanzados seleccionamos el parámetro: trim_to_workpiece y le damos el valor SÍ
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CN2:Cajeado desbaste
Y la plaquita:
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Introducimos los parรกmetros de la herramienta:
Y los parรกmetros de corte:
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CN3: Cajeado acabado Selección de la herramienta:
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Introducción de la herramienta en ProE:
Los parámetros de corte:
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CN4: Cajeado elíptica Selección de la herramienta:
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Introducimos parรกmetros de la herramienta:
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4.2. Plan de procesos. MECANIZADO DE LA PIEZA CORE Fase: DMC70V (centro de mecanizado vertical) Subfase: Mordaza Arnold oleodinámica Operación CN1: planeado Herramienta de corte: R245-100Q32-12L, plaquitas R245-12T3EPL 530 Parámetros y condiciones de corte en máquina: • Avance por diente (fz): 0.11 mm/diente • Velocidad de corte (Vc): 305m/min • Velocidad husillo (n): 970.8 rpm • Velocidad avance mesa (Vf): 534 mm/min • Profundidad de corte axial (ap): 1mm • Profundidad de corte axial (ae) :80 mm • Refrigerante: NO Operación CN2: perfilado_1_desbaste Herramienta de corte: R290-050Q22-12M, plaquitas R29012T308M-PM4230 Parámetros y condiciones de corte en máquina: • Avance por diente(fz): 0.15mm/diente • Velocidad de corte (Vc): 250 m/min • Velocidad husillo (n): 1591 rpm • Velocidad avance mesa (Vf): 3183.1mm/min • Profundidad de corte axial (ap): 4 mm • Creces: 1mm • Refrigerante: NO Operación CN3: perfilado_1_acabado Herramienta de corte: R290-050Q22-12L, plaquitas: R29012T308M-PL4220 Parámetros y condiciones de corte en máquina: • Avance por diente(fz): 0.12mm/diente • Velocidad de corte (Vc): 325 m/min • Velocidad husillo (n): 2069 rpm • Velocidad avance mesa (Vf): 993 mm/min • Profundidad de corte axial (ap): 4 mm • Refrigerante: NO Operación CN4: perfilado_2 Herramienta de corte: R290-050Q22-12L, plaquitas: R29012T308M-PL4220 Parámetros y condiciones de corte en máquina: • Avance por diente(fz): 0.12mm/diente • Velocidad de corte (Vc): 325 m/min 86
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• • • •
Velocidad husillo (n): 2069 rpm Velocidad avance mesa (Vf): 993 mm/min Profundidad de corte axial (ap): 1 mm Refrigerante: NO
Operación CN5: ranurado_trayectoria Herramienta de corte: R216-42-01030-AC60P Parámetros y condiciones de corte en máquina: • Avance por diente(fz): 0.004 mm/diente • Velocidad de corte (Vc): 155m/min • Velocidad husillo (n): 24669 rpm • Velocidad avance mesa (Vf): 197.35 mm/min • Profundidad de corte axial (ap): 0.5 mm • Profundidad de corte axial (ae) : 1 mm • Refrigerante: NO
MECANIZADO DE LA PIEZA CAVITY Fase: DMC70V (centro de mecanizado vertical) Subfase: Mordaza Arnold oleodinámica Operación CN1: planeado Herramienta de corte: R245-100Q32-12L, plaquitas R245-12T3EPL 530 Parámetros y condiciones de corte en máquina: • Avance por diente (fz): 0.11 mm/diente • Velocidad de corte (Vc): 305m/min • Velocidad husillo (n): 970.8 rpm • Velocidad avance mesa (Vf): 534 mm/min • Profundidad de corte axial (ap): 1mm • Profundidad de corte axial (ae) :80 mm • Refrigerante: NO Operación CN2: cajeado_desbaste Herramienta de corte: R390-02ª20-11M, plaquitas: R390170408M-PM1030 Parámetros y condiciones de corte en máquina: • Avance por diente(fz): 0.15 mm/diente • Velocidad de corte (Vc): 265 m/min • Velocidad husillo (n): 4217 rpm • Velocidad avance mesa (Vf): 1897 mm/min • Profundidad de corte axial (ap): 3 mm • Profundidad de corte axial (ae) : 5mm • Refrigerante: NO
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Operación CN3: cajeado acabado_acabado Herramienta de corte: R216-33-04050-AK11P,plaquitas: GC1630 Parámetros y condiciones de corte en máquina: • Avance por diente(fz): 0.008 mm/diente • Velocidad de corte (Vc): 155 m/min • Velocidad husillo (n): 12334 rpm • Velocidad avance mesa (Vf): 296 mm/min • Profundidad de corte axial (ap): 4mm • Profundidad de corte axial (ae) : 2 mm • Refrigerante: NO Operación CN4: cajeado_eliptica Herramienta de corte: R216-42-01030-AC30P, plaquitas: GC1620 Parámetros y condiciones de corte en máquina: • Avance por diente(fz): mm/diente • Velocidad de corte (Vc): m/min • Velocidad husillo (n): rpm • Velocidad avance mesa (Vf): mm/min • Profundidad de corte axial (ap): mm • Profundidad de corte axial (ae) : mm • Refrigerante: NO Operación CN5: ranurado_trayectoria (letras) Herramienta de corte: Parámetros y condiciones de corte en máquina: • Avance por diente(fz): mm/diente • Velocidad de corte (Vc): m/min • Velocidad husillo (n): rpm • Velocidad avance mesa (Vf): mm/min • Profundidad de corte axial (ap): mm • Profundidad de corte axial (ae) : mm • Refrigerante: NO
4.3. Generación del código ATP y los archivos de código máquina. El archivo se encuentra dentro de la carpeta adjunta Anexos, en una subcarpeta denominada Código máquina.
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