Publicação: Proposta de uma metodologia baseada em análise modal
operacional para monitoramento de fim de vida de
ferramentas de corte
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Coorientador
Silva, Márcio Bacci da
Resumo
Apesar de ter eficiência comprovada, o monitoramento indireto de processos de usinagem
pela medição dos níveis de vibrações é muito dependente das condições de operação da máquina
e dos níveis de vibração não correlacionados diretamente com o processo de usinagem, tais como
vibrações de mancais por exemplo. Uma metodologia alternativa é a utilização de dinamômetros
para a medição direta das forças de corte. Porém, devido às dimensões dos transdutores e
dificuldades de montagem nem sempre é viável medi-las diretamente no processo produtivo. A
estimativa indireta das forças de corte via medição das vibrações da máquina e utilização das
técnicas clássicas de identificação de forças dinâmicas tem como inconveniente a dificuldade em
se obter um modelo dinâmico confiável. Esta dificuldade se deve ao fato de que as características
dinâmicas do sistema variam com a troca de ferramentas e posição do porta ferramentas.
Visando minimizar estes problemas, neste trabalho é apresentada uma metodologia baseada na
técnica de análise modal operacional (AMO) e método ERA (Algoritmo de Realização de
Autosistemas) para fins de monitoramento das condições de ferramentas. A técnica de AMO foi
usada para estimar, em condições de operação, um metamodelo modal a ser utilizado na
identificação das forças via ERA. Para estudar a influência de diversos parâmetros na qualidade
dos resultados de ajuste do metamodelo e identificação das forças, desenvolveu-se um modelo
modal do porta ferramentas de um torno ROMI, a partir de um modelo de elementos finitos
MEF. Posteriormente, a metodologia desenvolvida foi validada experimentalmente com bastante
êxito num processo de torneamento, uma vez que os sintomas vibratórios estimados para seis
arestas distintas apresentaram a mesma tendência com a evolução do desgaste e quebra das
ferramentas.
Abstract
The indirect monitoring of cutting process by vibration signals measurements has
comproved effectiveness, however it is very dependent on machine operating conditions and the
vibration levels are not correlated directly with cutting process, like bearing vibrations for
example. An alternative methodology is the use of dynamometers to measure cutting forces
directly. However, due to transducers dimension and assembly difficulties, force measurements
are not always feasible in a productive process. Indirect estimation of cutting forces by machine
vibration measurements and classical techniques of dynamic forces identification have as
drawback the difficult to get a reliable dynamic model. The dynamic system characteristics
modify with tools changes and configuration of assemblage. To minimize these problems, this
work presentes a methodology based on operational modal analysis (OMA) technique and
Eigensystem Realisation Algorithm (ERA) for tools condition monitoring in turning process.
OMA technique was used to estimate, in operating conditions, a modal metamodel to be used at
forces identification by means ERA. To study several parameters influence at quality results of
fitting model and at forces identification a modal model of turning machine tool port was
developed from a finite elements model. The methodology was experimentally validated with
success in a turning process, since estimated efforts for six different tools presented the same
tendency with wear tool evolution.
Palavras-chave
Análise modal operacional, ERA, Identificação de forças, Monitoramento, Processo de torneamento, Operational modal analysis, ERA, Forces identification, Monitoring, Turning process, Ferramentas para cortar metais, Usinagem, Análise modal
Citação
MEOLA, Tatiana. A Methodology Based on Operational Modal Analysis for Tool Life
Monitoring. 2009. 188 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2009.