Sistemas de medida para la inspeccin y verificacin de mquina

METROLOGÍA EN LAS MÁQUINAS HERRAMIENTAS
Víctor Hugo Gil Gil
Grupo de Trabajo de Metrología
Laboratorio de Metrología Dimensional
La Metrología es parte fundamental de lo que en los países industrializados se
conoce como Infraestructura Nacional de la Calidad, compuesta además por
las actividades de: normalización, ensayos, certificación y acreditación, que a
su vez son dependientes de las actividades metrológicas que aseguran la
exactitud de las mediciones que se efectúan en los ensayos, cuyos resultados
son la evidencia para las certificaciones. La metrología permite asegurar la
comparabilidad internacional de las mediciones y por tanto la intercambiabilidad
de los productos a escala internacional.
La metrología dimensional incluye la medición de todas aquellas propiedades
que se determinen mediante la unidad de longitud, como por ejemplo distancia,
posición, diámetro, redondez, planitud, rugosidad, etc. La longitud es una de las
siete magnitudes base del Sistema Internacional de Unidades (SI). La
metrología dimensional es básica para la producción en serie y la
intercambiabilidad de partes.
Las tolerancias dimensionales y geométricas son cada vez más estrictas y
complejas. La metrología puede ser una de las claves para garantizar la calidad
del producto actual, y bien mirando de cara al futuro competir y marcar
diferencias con diferentes mercados.
La metrología industrial dimensional ha evolucionado a la par que las
exigencias de la industria y el desarrollo de la tecnología, así como también ha
evolucionado el diseño y los métodos de fabricación y los componentes que
promueven esos diseños. En definitiva, se trata de comprobar que lo que se
fabrica está acorde con lo que se diseña. La metrología se usa en muchas
actividades industriales. Así, es una tecnología imprescindible en la industria de
fabricación metalmecánica, en la industria del automóvil, en la industria
aeronáutica; por ejemplo, en esta actividad hay muchas piezas de los aviones
de Airbus de las que unas se fabrican en Francia, otras en Alemania o en
Getafe o Andalucía y después se llevan todas ellas a Toulouse, que es donde
se monta el avión. Pues bien, en este proceso es imprescindible la metrología
para medir en origen todas las piezas del avión antes de ensamblarlas en el
punto donde está centralizado el montaje del avión.
Las máquinas herramientas es decir, los tornos, fresadoras, taladros, cizallas;
entre otras, no son máquinas de medir pero se mueven en sistemas
tridimensionales cuando trabajan. Las máquinas herramientas juegan un
importante papel en el control de calidad. Las herramientas con el tiempo van
perdiendo su filo, dejan de cortar adecuadamente, con lo que las piezas
podrían salir con medidas y acabados que no se adaptan a lo especificado en
el proceso de diseño. Estas maquinas requieren una puesta a punto
regularmente ya que con el paso del tiempo pueden adquirir holguras o falta de
linealidad.
El primer paso es definir dentro de qué límites se considera que las piezas
superan el control de calidad y, segundo, indicar que herramientas se van a
emplear para poder efectuar está comprobación.
La experiencia demuestra que es imposible fabricar una pieza con una medida
exactamente igual a la cota nominal en el plano de diseño. Ello se debe
principalmente a que las máquinas empleadas para su construcción no son
precisas, el operario tampoco es capaz de fabricar las cosas con absoluta
precisión, los aparatos de medida, aunque son muy precisos, no lo son
totalmente, ya que dependerá del medio empleado. Así, por ejemplo, no es lo
mismo utilizar una cinta métrica que un calibrador o pie de rey para verificar
una cota. Por todo ello, en la práctica se suele admitir como medida correcta,
ciertas variaciones con respecto a la medida nominal que figuraba en el plano
de diseño.
Sistemas de medida para la inspección y verificación de máquina
herramienta
El rendimiento de la máquina herramienta desde el punto de vista del
cumplimiento de tolerancias, definición de las superficies, etc., viene
esencialmente determinada por la dinámica y la precisión estática de la
máquina. Para un mecanizado con precisión es especialmente importante
medir y compensar las desviaciones en el movimiento. Normas y estándares
para la inspección de la máquina herramienta (ISO 230-2, ISO 230-3 y ISO
230-4, y VDI/DGQ directiva 3441) estipulan un número de métodos de
medición para determinar las desviaciones estáticas y dinámicas.
La norma americana ANSI/ASME B5.54 [4] considera muchos aspectos de los
centros de mecanizado CNC. Se incluyen factores ambientales como el
comportamiento térmico del recinto y las vibraciones del suelo, así como
ensayos de máquina. Entre los ensayos de máquina se consideran las medidas
de histéresis, flexibilidad estática, repetibilidad, precisión geométrica y de
posicionamiento, repetibilidad de los subconjuntos y la capacidad de corte.
Los parámetros medidos habitualmente en máquinas-herramienta son entre
muchos otros, la precisión geométrica, deformaciones térmicas, rigidez
estática, comportamiento dinámico y velocidad de desplazamiento. Algunos
ensayos de precisión de corte están estandarizados en ISO 10791 y NAS 913.
La norma ISO 230-4 también especifica ensayos para la verificación de la
precisión en trayectorias circulares.
La inspección y verificación convencional de la máquina herramienta ha estado
limitada esencialmente a la medición estática de la geometría de la estructura
de la máquina sin carga, también a la medición de la precisión del
posicionamiento. Debido a que el resultado del mecanizado depende
directamente de las desviaciones dinámicas del contorno nominal y de las altas
aceleraciones, las piezas mecanizadas son también inspeccionadas para la
verificación de la precisión dimensional en orden de extraer conclusiones
acerca del comportamiento dinámico de la máquina.
Las mediciones dinámicas, especialmente a altas velocidades de avance,
suministra información del comportamiento del mecanizado que permite sacar
conclusiones acerca de las condiciones de la máquina y de la configuración del
control numérico, accionamientos y sistemas de respuesta de la posición.
Las mediciones estáticas, tales como la medición de la desviación de posición
de un eje lineal empleando un sistema comparador, permite concluir
exclusivamente sobre la precisión geométrica de la máquina.
En la actualidad en el diseño y construcción de máquinas herramientas se
contempla la instalación de sensores que permitan determinar los errores en
tiempo real, cuantificarlos y en lo posible efectuar ajustes automáticos en la
máquina herramienta.