Investigadores de la Universidad de Keio desarrollaron un nuevo método de generación de trayectorias de herramientas para impulsar un servo de herramientas rápidas (FTS) controlado de forma independiente para el mecanizado de superficies de forma libre. Sin necesidad de prueba y error, el método permite la fabricación rápida de ópticas de forma libre de alta precisión.

El programa de la trayectoria de la herramienta se generó utilizando los métodos de anillo y malla en lugar de la trayectoria de la herramienta en espiral convencional. La trayectoria de la herramienta se optimizó analizando el efecto del error de interpolación mediante la predicción de errores de forma.

La optimización del diseño de los puntos de control consta de dos pasos. Inicialmente, se determina el número de puntos de control. Luego, se determina la relación de aspecto óptima de los parámetros de diseño. La validación experimental mediante el mecanizado de ondas sinusoidales bidimensionales y una matriz de microlentes demostró la eficacia del método de optimización de la trayectoria de la herramienta propuesto en este estudio. El método propuesto redujo el error de forma de submicras a un nivel de 10 nm para una onda sinusoidal bidimensional.

El profesor Jiwang Yan comentó que "el torneado con diamante basado en FTS es un método asombroso para fabricar superficies de forma libre con alta eficiencia, pero las unidades FTS convencionales impulsadas por actuadores piezoeléctricos tienen recorridos muy pequeños en escala micrométrica, lo que limita sus aplicaciones".

"En los últimos años, se han desarrollado unidades FTS de carrera larga, equipadas con cojinetes de aire accionados por bobina de voz, que permiten carreras de trabajo de nivel milimétrico y, a su vez, amplían en gran medida las aplicaciones del torneado con diamante FTS. Para mejorar la compatibilidad del sistema y estabilidad, esas unidades FTS basadas en bobina móvil son impulsadas de forma independiente por sistemas de control separados. Sin embargo, el método de generación de la trayectoria de la herramienta para dicho FTS aún no se ha establecido, lo que se considera un cuello de botella".

Yusuke Sato dice que "este estudio tiene como objetivo proponer métodos novedosos para generar y optimizar la trayectoria de la herramienta para el sistema de control FTS independiente para reducir el error de forma de una superficie mecanizada causado por la interpolación bidimensional. En primer lugar, las nubes de puntos de control se generan previamente en dos métodos diferentes, a saber, el método del anillo y el método de la malla".

"En función de la distribución de los puntos de control, el perfil final de la superficie mecanizada se predice e interpola mediante simulación. Luego, al comparar la superficie simulada con la superficie diseñada, se obtiene el error de forma. Al ajustar repetidamente los parámetros de los puntos de control, el error de forma se minimizó a la tolerancia deseada".

Este estudio establece una base importante para seguir desarrollando tecnologías de mecanizado de ultraprecisión de óptica de forma libre a través del torneado de diamante mediante el uso de una unidad FTS con un controlador independiente para lograr una alta precisión sin necesidad de ensayo y error, lo que contribuye a la fabricación avanzada de productos de alto valor añadido.

El profesor Yan dice que "el sistema desarrollado de generación/optimización de la trayectoria de la herramienta hace que las unidades FTS disponibles en el mercado sean más precisas y potentes. Es especialmente útil para mejorar la productividad de la óptica de forma libre que se emplea ampliamente en varios productos, como sistemas VR/AR, cámaras , escáneres, pantallas montadas en la cabeza y componentes utilizados en ingeniería aeroespacial y biomédica. La fabricación rápida de tales superficies de forma libre puede cambiar los conceptos de diseño de productos en un futuro próximo".

La investigación fue publicada en el International Journal of Extreme Manufacturing . + Explora más

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