Cómo las Máquinas de Medición por Coordenadas (CMM) Optimizan la Precisión en la Fabricación Moderna

Última actualización el 24 de diciembre de 2021 | Por WayKen

La industria moderna se caracteriza por la precisión de los elementos fabricados. Ya se evalúa en décimas de micras y sigue creciendo incesantemente. De hecho, la precisión de las máquinas herramienta declarada por el fabricante ha crecido tanto que se vuelve cada vez más difícil medir la desviación real de la pieza fabricada. Por eso, se desarrollan y mejoran constantemente nuevos métodos de control y equipos de metrología. Uno de los equipos flexibles, rápidos y precisos para estimar la precisión de piezas es la Máquina de Medición por Coordenadas (CMM).

Cómo Funciona la Máquina de Medición por Coordenadas (CMM)

Una máquina utiliza una sonda electrónica extremadamente sensible para analizar una secuencia de puntos discretos de la geometría de una pieza de producción. Este test se usa para calcular la conformidad de la pieza con requisitos específicos.

La CMM se usa frecuentemente para evaluar una pieza o su ensamblaje para determinar si respeta el diseño original de la muestra. Se integra en flujos de trabajo de pruebas de calidad o control de calidad para analizar dimensiones de piezas fabricadas y prevenir posibles problemas de calidad.

El procedimiento de trabajo de las máquinas de medición por coordenadas (CMM) incluye dos cosas. Mide por la geometría manual de un objeto, y magnitudes del objeto tocando la sonda montada en el eje móvil de la máquina. También asegura que las piezas sean iguales al diseño corregido. Opera a través de los siguientes pasos:

1. La pieza a analizar se coloca en la base de la CMM. La base es de material rígido y estable, básicamente el sitio de medición. Esta estabilidad asegura que la medición sea precisa independientemente de fuerzas externas que puedan cambiar la operación.
2. Todo lo montado sobre la placa de la CMM puede moverse y está equipado con una sonda táctil. La CMM controla el pórtico para mover la sonda a lo largo de los tres ejes dimensionales. Al realizar este paso, cada faceta de la pieza se replica para medirla.
3. Cuando la sonda toca la pieza a medir, envía un impulso eléctrico que el computador mapea. Repitiendo este paso con muchos puntos, se delinea la estructura de la pieza.
4. Tras el paso de medición, el siguiente es el análisis, después de que la sonda haya detectado las coordenadas X, Y y Z de la pieza. Los datos obtenidos se analizan para la construcción de características. El mecanismo de acción es el mismo para todas las CMM que usan sistema de cámara.

Componentes de una Máquina de Medición por Coordenadas (CMM)

Una CMM se compone de varias partes. Las porciones a analizar se montan en una losa sólida, usualmente de granito, sobre suelo plano. La sonda electrónica, que a menudo viene en varios tamaños y categorías, se monta en un palpador con muelle. Además, este palpador está unido a un pórtico que se mueve en un plano coordenado tridimensional X-Y-Z.

El palpador y la sonda pueden moverse independientemente para obtener varias características de la pieza. Mediante un joystick, podemos controlar todas las acciones del pórtico e investigación respectivamente. Los componentes de la CMM incluyen:

• Sonda (Probe)
• Mesa de granito (Granite table)
• Utillajes (Fixtures)
• Secadores y Compresores de Aire
• Software

Función de la Sonda

Una sonda es una de las partes más esenciales de una CMM ya que hace contacto físico, en lugar de usar destellos ópticos o láseres. Una de sus mejores características es que no depende de puntas esféricas hechas de rubí u otra sustancia formal y estable que no altere su tamaño debido a cambios de temperatura.

La sonda y el palpador están construidos para funcionar colectivamente de forma concurrente. Están relacionados con electrónica exquisitamente susceptible capaz de detectar la más mínima desviación en fricción eléctrica que proviene de la sonda.

Cuando la punta esférica toca el objeto sólido, se ve obligada a desviarse y produce una señal eléctrica que es captada en el computador. Estas cantidades de puntos pueden analizarse según regulaciones de la pieza sustancial.

Forma de Utilización

El propósito principal de esta recolección de puntos es un proceso doble. Puntos particulares se usan para analizar mediciones de las piezas reales contra datos de lista de un cliente CAD para pruebas de calidad.

O estos grados colectivos pueden usarse para delinear la silueta de la porción creando una "nube de puntos". Esta técnica es beneficiosa cuando solo una pieza muestra se usa como base de un programa CAD para delinear más piezas, como se hace con el mecanizado CNC.

La CMM es extremadamente útil al computar puntos dentro de agujeros. Estas áreas no son fáciles de evaluar con otros sistemas ópticos porque el destello tiende a indicar y rebotar alrededor, causando imprecisión en la medición por interferencia.

Mesa de Granito

Este es un componente esencial de la máquina CMM porque es muy rígido y por tanto estable. No se ve afectado por la temperatura como otros elementos. Su tasa de desgaste es comparativamente baja. El granito es perfecto para medición de alta precisión porque permanece inalterado con el tiempo.

Utillajes (Fixtures)

Los utillajes son también herramientas muy importantes usadas como agentes de estabilidad y soporte en la mayoría de funciones de fabricación. Son herramientas de CMM y funcionan fijando las piezas en su respectivo lugar. La fijación de la pieza es requerida ya que una pieza en movimiento puede llevar a errores de cálculo. Otros componentes de fijación disponibles son imanes, mordazas y placas de utillaje.

Secadores y Compresores de Aire

Compresores de aire y secadores son componentes comúnmente usados de CMM incluyendo CMM tipo pórtico o puentes estándar.

Software

Se necesita software para analizar la sonda y sensibilidad de los otros componentes.

Diferentes Tipos de CMM

CMM Puente (Bridge CMM)

Este tipo de CMM tiene un sistema de sondaje que se mueve a lo largo de los tres ejes dimensionales. En el plano coordenado, estos ejes se mantienen ortogonales entre sí respectivamente.

Cada eje está equipado con sensores que monitorizan la posición de la sonda en micrómetros mientras se mueve y detecta puntos en la superficie del objeto. Estos puntos se conocen colectivamente como nube de puntos. Estos puntos ilustran la superficie del objeto que los usuarios necesitan investigar.

CMM Pórtico (Gantry CMM)

Las CMM pórtico son como las CMM puente; sin embargo, suelen ser mucho mayores en tamaño. Porque están construidas para eliminar la necesidad de elevar una pieza sobre una mesa y ofrecen niveles de precisión similares. Las CMM pórtico se usan para piezas muy pesadas o enormes. Estas CMM pórtico deben montarse sobre una base sólida, directamente en la planta baja.

CMM Voladizo (Cantilever CMM)

Una CMM voladizo es disímil a una CMM puente ya que el cabezal de medición solo está unido a un lado de una base rígida de la CMM y por eso es diferente. Las CMM voladizo proporcionan acceso abierto a técnicos de inspección en los tres lados para facilidad de función.

Aplicación Multipropósito de la CMM en la Fabricación Contemporánea

La CMM es el medio más avanzado moderno de medición automatizada y manual, ha encontrado multitud de usos posibles en la industria. Muchos tipos diferentes de CMM hacen posible usar la herramienta tanto en piezas grandes (tipo pórtico) como en las más pequeñas (máquinas CMM tipo voladizo). Una variedad de tipos de sonda (mecánica, óptica, láser, o luz blanca) asegura que pueda medir incluso superficies que no deben ser tocadas por una sonda u otro objeto. Un alto grado de automatización de CMM hace posible usarla tanto manualmente por un maquinista como para reducir mano de obra automatizándola para operaciones repetidas donde hay grandes volúmenes de producción.

Cómo usar una máquina CMM dependerá de los objetivos que quiera lograr. El nivel de su flexibilidad y precisión da a los fabricantes muchas oportunidades. Puede usar CMM después del mecanizado o medir piezas existentes para rediseñarlas, o usarla como parte de una cadena de fabricación automatizada. Aquí hay muchas opciones y varias se listan en los párrafos siguientes.

Qué Hacer Antes de Usar CMM

Las máquinas CMM son los instrumentos más precisos para tomar mediciones. Pueden estimar fallos en piezas menores a micrones. Sin embargo, para que sean tan precisas como están hechas, el maquinista debe preparar minuciosamente el equipo para realizar mediciones. El nivel de preparación depende de la precisión de la pieza medida. Si hablamos de piezas con máxima precisión (las que tienen tolerancia IT6 o incluso menor) tendrá que preparar tanto la CMM como el área donde realizará las mediciones. Debe tener un porcentaje específico de humedad y temperatura dentro del óptimo y debe ser extremadamente limpio ya que, a esa precisión, incluso motas de polvo diminutas afectan el resultado de la operación.

La CMM misma se calibra usualmente usando una esfera metálica extremadamente precisa. Su tamaño y desviación de forma son conocidos al máximo grado. La posición de la esfera en la mesa de trabajo de granito es conocida también (usualmente hay un utillaje especial para ella en el centro de la mesa). La sonda debe tocar la esfera en varios puntos y determinar el diámetro y la desviación de forma. Las mediciones se ajustan según su desviación y la esfera se mide de nuevo para asegurar que las configuraciones correctas se han guardado.

CMM para Medición de Superficies Lineales

Las mediciones más simples incluyen tolerancias de superficies lineales o cilíndricas. En la mayoría de casos, las mide el maquinista usando un micrómetro o calibre simple justo después de terminar el mecanizado. Entonces, ¿cuál es el punto de usar CMM si una herramienta más simple puede usarse exitosamente para este trabajo?

La respuesta es la automatización de todos los procesos. Todos los conceptos industriales modernos incluyendo la futurista Industria 4.0 incluyen un alto grado de automatización de procesos de fabricación donde incluso los movimientos y tareas adicionales se hacen sin el maquinista. Un buen ejemplo es el control de calidad. Puede programar la CMM para realizar acciones idénticas en cualquier número de piezas en un lote. Sin embargo, necesitará un utillaje automatizado y un robot adicional para cargar y descargar las piezas antes y después del control.

CMM para Medición de Superficies Complejas

El propósito principal de las máquinas de medición por coordenadas es medir superficies complejas. Por eso, cuando se usan para piezas como álabes de turbina, alas de avión, impulsores de bomba y otros componentes con superficies inusuales, la CMM trabaja a su máximo potencial. La automatización de tales trabajos también es posible si está haciendo un lote grande de piezas idénticas y son tan precisas que debe tener cada una verificada. Sin embargo, en la mayoría de casos, tales piezas se miden manualmente por el maquinista.

Para medir una superficie compleja, el maquinista moverá la sonda a lo largo de los tres ejes manualmente con un control remoto hasta que la sonda toque la pieza donde el maquinista la necesita. Luego, tras muchas mediciones, los puntos se analizan y los perfiles de la pieza se conectan como splines. Luego, las mediciones se comparan con un modelo 3D de la pieza (incluyendo desviaciones aceptables) u otros datos donde se muestran los tamaños requeridos.

CMM para Relaciones y Desviaciones de Forma

La mayoría de piezas de alta calidad no solo se caracterizan por el error de sus dimensiones sino por la precisión de sus formas superficiales y su posición en relación entre sí. Esas desviaciones son especialmente importantes para piezas giratorias para disminuir vibración y asegurar suavidad de movimiento. La medición CMM para tales desviaciones no es demasiado diferente de la medición de superficies complejas. Todas las desviaciones de forma y relación tienen una superficie base con la que se comparan. Así, para lograr requisitos de precisión, tendría que sujetar la pieza en la superficie base y medir la requerida. Si hablamos de la relación entre dos superficies, solo diseñe el utillaje para sujetar la primera superficie y medir la segunda.

Medición de Acabado Superficial con CMM

Un perfilómetro es el instrumento más extendido para medir acabado superficial. Sin embargo, las máquinas CMM también pueden medir los acabados superficiales de la pieza debido a su precisión excepcional. Sin embargo, tendría que cambiar la sonda a una aguja especial. La aguja se moverá a lo largo de una superficie y determinará cualquier tipo de irregularidad microscópica de la que se forma el acabado superficial.

Cómo WayKen Puede Ayudarle

En WayKen, operamos un sistema de calidad certificado por estándares ISO 9001:2015. Si quiere obtener piezas mecanizadas con tamaños y formas más precisos, siéntase libre de contactarnos de antemano para discutir sus requisitos de medición de piezas. Para saber más, puede subir archivos CAD y solicitar una cotización aquí.