Dominando la precisión y repetibilidad en CNC: conceptos clave explicados

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

Estas son definiciones para precisión y repetibilidad dinámicas. Probablemente difieran de las especificaciones de su fabricante de máquinas. Las especificaciones del fabricante comúnmente indican precisión y repetibilidad estáticas; es decir, la máquina no está en ciclo realizando operaciones de mecanizado cuando se toman las mediciones relacionadas.

En justicia para los fabricantes, la precisión y repetibilidad dinámicas 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 repetibilidad. Esto hace imposible que los fabricantes proporcionen, y mucho menos garanticen, especificaciones dinámicas de precisión y repetibilidad. Simplemente hay demasiadas variables.

Dicho esto, los fabricantes deberían poder establecer si su máquina puede alcanzar los requisitos de precisión/repetibilidad para su aplicación particular. Deberían estar dispuestos a garantizarlo si se les pide antes de comprar una nueva máquina herramienta.

Ciertos factores relacionados con la precisión escapan al control del usuario de CNC una vez instalada la máquina. Estos incluyen:

La construcción de la máquina

• Debe poder realizar las operaciones de mecanizado más potentes de su aplicación sin deflexión excesiva de sus componentes de soporte.

El sistema de retroalimentación

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

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

Calibración de la máquina herramienta

• Los fabricadores calibran inicialmente la compensación de error de paso y retroceso, pero si se quiere mantener la precisión, los usuarios finales deben repetir estas calibraciones a intervalos regulares durante la vida de la máquina.

Entorno

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

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

Un problema importante de repetibilidad vinculado al diseño de la máquina es la variación térmica de los componentes móviles. Las principales preocupaciones son el husillo y los sistemas de guías de la máquina porque tienen el mayor impacto en las superficies mecanizadas. A medida que estos componentes se calientan, crecen. Al enfriarse, se contraen. Esto hace difícil —quizás imposible— mantener la cota en superficies críticas de tolerancia ajustada durante el periodo de calentamiento de la máquina.

Los fabricantes hacen grandes esfuerzos para minimizar los cambios térmicos en los componentes (refrigeración del husillo y/o sistemas de guías, por ejemplo). Además, incorporan métodos de diseño que minimizan el impacto de la variación térmica en la repetibilidad. En los centros de torneado CNC, por ejemplo, el cabezal puede ser perpendicular a la bancada. Al calentarse, solo cambia la altura del filo de la herramienta de corte. Esto minimiza la variación del diámetro mecanizado de pieza a pieza mientras la máquina se calienta.

Al comprar cualquier nueva máquina CNC, debe entender cómo el fabricante gestiona la variación térmica. Más importante aún, debe confirmar que las variaciones en la superficie mecanizada causadas por el crecimiento térmico durante el calentamiento no superarán las tolerancias. De lo contrario, podría llevarse una sorpresa que desperdicie productividad al descubrir que su nueva máquina debe funcionar durante un periodo de calentamiento antes de poder usarse en producción.

Algunos de los problemas de repetibilidad más graves no tienen 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 serie de producción o de una vez que se ejecuta un trabajo a la siguiente— pueden afectar la repetibilidad. Las cosas que cambian de ciclo a ciclo causarán la necesidad de un ajuste que consume tiempo. Si la variación es lo suficientemente grande, podría resultar en desperdicio.

¿Cuáles son ejemplos de variaciones?

Ejemplos de variaciones durante una serie de producción incluyen:

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

• Sustitución de herramienta desafilada. Cuando se reemplazan herramientas de corte desafiladas, se requiere extrema precaución para asegurar que el/los filo/s de corte no varíen de su/s posición/es predeterminada/s.

De una vez que se ejecuta un trabajo a la siguiente incluyen:

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

• Montaje, medición y entrada de compensaciones de la herramienta de corte. Las variaciones en componentes y montaje resultan en variaciones de rigidez que pueden provocar problemas de mecanizado.

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