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Título: Desenvolvimento de dinamômetro híbrido aplicado ao 4° eixo de um centro de usinagem
Título(s) alternativo(s): Development of a hybrid dynamometer applied to the fourth axis in the vertical machining center
Autor(es): Silva, Dávila Moreira Lopes
Orientador: Oliveira, Adilson José de
Palavras-chave: Dinamômetro;Extensômetros;Usinagem;Instrumentação;Telemetria
Data do documento: 31-Jan-2020
Referência: SILVA, Dávila Moreira Lopes. Desenvolvimento de dinamômetro híbrido aplicado ao 4° eixo de um centro de usinagem. 2020. 148f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2020.
Resumo: No contexto da usinagem multieixos de componentes mecânicos com geometrias complexas, as configurações convencionais de dinamômetros (estacionários e rotativos) não se adequam às condições de operação. Isso acontece devido à montagem dos dispositivos estacionários limitar a geometria e o tamanho do material usinado, enquanto a montagem dos dispositivos rotativos é influenciada pelas interferências no sinal de força em condições de altas rotações do eixo-árvore. Com intuito de propor uma solução para tal problemática, esta pesquisa tem como objetivo o desenvolvimento de um dinamômetro híbrido, baseado em extensômetros, para ser montado em um quarto eixo de um centro de usinagem, e capaz de medir força axial e torque. Etapas como a realização do projeto preliminar, das análises de tensões e deformações, da instrumentação, da calibração estática e da avaliação da frequência natural foram necessárias para a construção do dispositivo. Além disso, o desenvolvimento de um sistema de transferência de dados sem fio deve ser realizado. Para tal, fez-se necessária a construção de um par de circuitos impressos para o condicionamento e amplificação dos sinais; de um módulo de transmissão sem fio e de um programa para processamento dos dados de carregamentos mecânicos. Os resultados mostraram que o projeto preliminar atende aos requisitos de operação do dinamômetro para carregamentos de até 1 kN e de 30 Nm, que a manufatura dos componentes atende às tolerâncias estabelecidas em projeto, que a instrumentação foi realizada adequadamente, que o sistema de tranferência de dados sem fio é capaz de emitir dados a frequência média de 700 Hz, e que a menor frequência natural de vibração do dispositivo encontra-se a 602,2 Hz.
Abstract: In the context of multi-axis machining of mechanical components with free-form geometries, the conventional configurations of the dynamometers (stationary and rotary) are not suitable for operating conditions. This fact occurs due to the mounting of stationary devices limits the workpiece geometry and size, while the assembly of rotating devices is affected by interference in the signal under the conditions of high-speed spindle rotation. In order to propose a solution to this conflicting situation, this research has the objective of developing a hybrid dynamometer, based on strain gauges, mounted in the fourth axis of a vertical machining center and able of measuring axial force and torque. Steps such as conceptual design, engineering analyses, instrumentation, static calibration and natural frequency evaluation were fundamental for manufacturing the device. In addition, the development of a wireless data transfer system have been developed. For this step, it was necessary to create a couple of printed circuit for signal conditioning and amplification, a wireless transmission module and a data processing code aiming the analysis of mechanical loading. The results showed that the conceptual design is appropriated to the dynamometer operating requirements to withstand loads of axial force up to 1 kN and torque 30 Nm, the dynamometer components were in accordance to the tolerances established in design, the performed instrumentation showed suitable to the application, the minimal natural vibration frequency of the device is 602,2 Hz.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28506
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