Comprender la precisión y repetibilidad de las máquinas CNC

Defino la precisión de una máquina herramienta CNC como la precisión con la que sus ejes pueden seguir las rutas previstas hasta los puntos finales comandados mientras están bajo carga. Defino su repetibilidad como la precisión con la que puede duplicar movimientos ordenados (nuevamente, bajo carga) durante múltiples ciclos a lo largo del día.

Estas son definiciones de precisión dinámica y repetibilidad. Es probable que varíen de las especificaciones del fabricante de su máquina. Las especificaciones del constructor comúnmente indican precisión estática y repetibilidad; es decir, la máquina no está en ciclo realizando operaciones de mecanizado cuando se toman las medidas correspondientes.

Para ser justos con los fabricantes de máquinas, la precisión dinámica y la repetibilidad varían con la cantidad de tensión ejercida sobre los componentes de la máquina. Cuanto mayor sea la tensión, más difícil será mantener la precisión y la repetibilidad. Esto hace que sea imposible que los fabricantes de máquinas proporcionen, mucho menos garantías, especificaciones de precisión dinámica y repetibilidad. Simplemente hay demasiadas variables.

Dicho esto, los fabricantes de máquinas deberían poder establecer si su máquina puede cumplir con los requisitos de precisión/repetibilidad para su aplicación en particular. Deben estar dispuestos a garantizar tanto si se lo pide antes de comprar una nueva máquina herramienta.

Ciertos factores relacionados con la precisión están fuera del control del usuario de CNC una vez que se instala una máquina. Estos incluyen:

La construcción de la máquina

• Debe poder realizar las operaciones de mecanizado más poderosas en su aplicación sin una desviación excesiva de sus componentes de soporte.

El sistema de comentarios

• Las escalas lineales monitorean directamente la posición del componente móvil de un eje. A diferencia de los codificadores rotatorios, no dependen en gran medida de la integridad de los componentes del sistema de ejes (sistemas de guías, husillos de bolas y acopladores).

Otros factores relacionados con la precisión son responsabilidad del usuario de la máquina. Estos incluyen:

Calibración de máquina herramienta

• Los fabricantes de máquinas inicialmente calibran el error de paso y las compensaciones de contragolpe, pero si se quiere mantener la precisión, los usuarios finales deben repetir estas calibraciones a intervalos regulares durante la vida útil de la máquina.

Medio ambiente

• Las máquinas herramienta deben colocarse en un entorno de trabajo estable que minimice las variaciones de temperatura y humedad ambiental.

Asegurarse de que la instalación de una máquina pueda proporcionar la precisión dinámica adecuada para su aplicación, y mantenerla adecuadamente, es solo la mitad del problema de producir componentes consistentes y aceptables. También debe confirmar que la máquina puede repetir con precisión desde la primera pieza de trabajo hasta la última, hora tras hora, día tras día, incluso cuando los componentes de la máquina se calientan después de períodos de inactividad.

Un problema importante relacionado con la repetibilidad relacionado con el diseño de la máquina es la variación térmica de los componentes móviles. Las principales preocupaciones son los sistemas de guía y husillo de la máquina porque tienen el mayor impacto en las superficies mecanizadas. A medida que estos componentes se calientan, crecen. A medida que se enfrían, se encogen. Esto hace que sea difícil, tal vez imposible, mantener el tamaño en superficies críticas de tolerancia estrecha durante el período de calentamiento de la máquina.

Los fabricantes de máquinas hacen todo lo posible para minimizar los cambios térmicos en los componentes de la máquina (enfriar el husillo y/o los sistemas de guías, por ejemplo). Además, incorporan métodos de diseño que minimizan el impacto de repetibilidad de la variación térmica. Con centros de torneado CNC, por ejemplo, el cabezal puede ser perpendicular a la bancada. A medida que se calienta, solo cambia la altura del borde de la herramienta de corte. Esto minimiza la cantidad de variación del diámetro mecanizado de una pieza a otra a medida que la máquina se calienta.

Al comprar cualquier máquina CNC nueva, debe comprender cómo el constructor maneja la variación térmica. Más importante aún, debe confirmar que las variaciones de la superficie maquinada causadas por el crecimiento térmico durante el calentamiento no excederán las tolerancias. De lo contrario, podría encontrarse con una sorpresa que desperdiciará su productividad cuando descubra que su nueva máquina debe funcionar durante un período de calentamiento antes de que pueda usarse en producción.

Algunos de los problemas de repetibilidad más graves no tienen nada que ver con el diseño de la máquina. En cambio, están influenciados por la aplicación de la máquina. Las variaciones de cualquier tipo, durante una ejecución de producción o desde el momento en que se ejecuta un trabajo hasta el siguiente, pueden afectar la repetibilidad. Las cosas que cambian de un ciclo a otro provocarán la necesidad de un ajuste que requiere mucho tiempo. Si la variación es lo suficientemente grande, podría resultar en chatarra.

¿Cuáles son ejemplos de variaciones?

Entre los ejemplos de variaciones durante un ciclo de producción se incluyen:

• Desgaste de herramientas. A medida que se desgastan los filos de corte, las superficies mecanizadas variarán. Las superficies externas crecen mientras que las internas se encogen.

• Reemplazo de herramientas desafiladas. Cuando se reemplazan herramientas de corte desafiladas, se requiere extrema precaución para asegurarse de que los filos de corte no varíen de sus posiciones predeterminadas.

Desde un momento en que se ejecuta un trabajo hasta el siguiente, se incluyen:

• Configuración de sujeción. Muchos factores afectan la estabilidad de la pieza de trabajo (colocación/alineación del dispositivo de sujeción, ubicación de la abrazadera y fuerza aplicada, y asignación del cero del programa, por ejemplo).

• Ensamble de herramienta de corte, medición y entrada de compensación. Las variaciones de componentes y ensamblajes dan como resultado variaciones de rigidez que pueden provocar problemas de mecanizado.

• Condición de la máquina. Las variaciones causadas por contratiempos y el descuido del mantenimiento preventivo pueden generar problemas de tamaño con trabajos que se han ejecutado con éxito en el pasado.