Las máquinas herramienta modernas son sistemas mecatrónicos de alta complejidad, cuyo diseño debe equilibrar múltiples criterios técnicos conflictivos, en un contexto de creciente exigencia en precisión y comportamiento dinámico. El principio de “hacerlo bien a la primera” se ha vuelto esencial para reducir la necesidad de prototipos físicos, especialmente en producciones personalizadas de bajo volumen. En este escenario, la simulación virtual integrada en el proceso de diseño ha adquirido un papel central. La creación de modelos matemáticos de alta precisión es crítica para el éxito de la planificación de procesos virtual, ya que la dinámica influye significativamente en la calidad de la pieza y la productividad. El objetivo es proporcionar herramientas y directrices que se integren sin problemas en los procedimientos de desarrollo existentes, priorizando la reducción de los tiempos de cálculo, la flexibilidad de los análisis y la pertinencia de los resultados obtenidos.
Sin embargo, los análisis tradicionales basados en elementos finitos (FEM), incluso con técnicas de reducción o análisis de sensibilidad, presentan limitaciones tanto en capacidad de predicción dinámica como en eficiencia computacional, especialmente para capturar la dinámica estructural dependiente de la posición, característica crítica en máquinas multifuncionales y de cinco ejes.
El enfoque propuesto combina modelado multibody de orden reducido, análisis FEM, control digital y trayectorias de mecanizado, permitiendo una predicción precisa y eficiente del comportamiento dinámico completo de la máquina Se desarrollan modelos que integran la dinámica estructural dependiente de la posición, el control de movimiento y el seguimiento de trayectorias. La máquina se modela como un conjunto de componentes estructurales (bancada, columna, escote), modelados con elementos finitos y se conectan mediante elementos flexibles.
La herramienta de simulación resultante reproduce con precisión los estados dinámicos (posición, velocidad, vibración, corriente, tensión) durante trayectorias reales de mecanizado. Este modelo permite proyectar los efectos de la dinámica estructural y los ajustes del control sobre la trayectoria de la herramienta, evaluando así el impacto de decisiones de diseño en la capacidad y estabilidad del proceso.
