Septiembre 2012 No. 36

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1 Boletín Técnico Septiembre 2012 No. 36 VERSATILIDAD DE LAS MAQUINAS MEDICIÓN POR COORDENADAS EN LA ACTUALIDAD A través de los años las maquinas de medición por coordenadas ha ido incrementando su presencia en la industria, existen diferentes tipos de construcción, niveles de exactitud y para una gran variedad de aplicaciones existen las de operación manual y las CNC, con pequeños, medianos y grandes volúmenes de medición. Pueden ser usadas con palpadores de señal de contacto en modo de palpado discreto o palpado continuo, pueden hacer mediciones sin contacto con sistemas de visión o utilizando palpadores láser de línea. Una gran variedad de puntas y cabezales rígidos o indexables están disponibles. La medición puede incluir desde elementos geométricos sencillos tales como medición de diámetros, distancias y ángulos o comparación con modelos CAD, digitalización de partes y aplicaciones de ingeniería inversa. También se puede hacer evaluación de geometrías especiales como es el caso de alabes o engranes de diferentes tipos Tradicionalmente se han utilizado dentro de laboratorios de metrología pero cada vez son más utilizadas para medición directamente en áreas de manufactura para una retroalimentación mas rápida a los procesos de manufactura. Con este propósito han sido provistas de sensores de temperatura que miden continuamente la temperatura tanto en las escalas de la CMM como en la pieza haciendo correcciones para proporcionar resultados de medición como si se midiera a 20 C que es la temperatura normalizada para medición de longitud. La elección apropiada depende de la aplicación especifica en las páginas siguientes se ilustran algunas características de una máquina CNC CMM de muy alta exactitud, el modelo LEGEX de Mitutoyo. CONTENIDO Versatilidad de las Máquinas de Medición por coordenadas en la actualidad Página 1 Tecnologías incorporadas en la CNC CMM LEGEX Página 5 Características CNC CMM LEGEX Página 8 MITUTOYO MEXICANA, S.A. DE C.V. OFICINAS DE SERVICIO: NAUCALPAN: [email protected] MONTERREY: [email protected] AGUASCALIENTES: [email protected] QUERETARO: [email protected] TIJUANA: [email protected] Colaboradores de este número: Ing. José Ramón Zeleny Vázquez Ing. Hugo Daniel Labastida Jiménez 1

2 Cursos de Sep - Dic

3 MÁQUINA LEGEX Tecnologías incorporadas en la LEGEX CNC CMM Diseño de la base con alta rigidez La base de la Legex esta hecha de fundición de hierro dúctil con grafito esferoidal especial para un diseño de estructura sellada que proporciona características de alta rigidez y atenuación de la vibración. Los ingenieros de Mitutoyo usaron análisis del método del elemento finito (FEM) durante la fase de diseño para optimizar la configuración final y asegurar exactitud geométrica minimizando las deformaciones causadas mediante la operación normal de la máquina Simulación de análisis estructural mediante FEM Curso de Tolerancias Geométricas (GD&T) basado en la nueva norma ASME Y Después de 15 años la norma ASME sobre dimensionado y tolerado fue actualizada incluyendo diversas mejoras entre las que destacan la diferenciación de los modificadores de la condición de material cuando es aplicada a la tolerancia o a los datos llamando a esto ultimo frontera de máximo o mínimo material. Se introducen algunos símbolos nuevos incluyendo el de perfil desigualmente dispuesto y la aplicación de una zona de tolerancia no uniforme. Se usa el concepto de grados de libertad con relación al establecimiento de marcos de referencia dato. Se permite la aplicación de marcos de referencia dato personalizados y datos movibles. Se introduce el concepto de sistema coordenado con relación al marco de referencia dato. Se permite usar más segmentos en los marcos de control de elemento compuestos. Todo el material fue reacomodado en 9 secciones en vez de las 6 de la versión anterior. Para saber más: [email protected] 3

4 Tecnologías incorporadas Fundición de hierro dúctil con grafito esferoidal La fundición regular de acero (hierro gris) es una aleación de hierro que incluye carbón, silicio, manganeso, fósforo y sulfuro, en la cual el carbón es precipitado como hojuelas en la ferrita o perlita del material, mientras que el hierro dúctil es hecho adicionándole magnesio y otros elementos que precipitan el carbón en forma esférica resultando en un material ideal para hacer fundiciones libres de cavidades y poros (defectos) de 0.1 mm y mayores. La fundición de hierro dúctil tiene como características una dureza alta, cercana a la del acero, así como excelente ductilidad, rigidez y resistencia al desgaste, haciéndolo el mejor material a elegir para componentes críticos de máquinas. Control de vibración Aislamiento de la vibración del piso La Legex esta aislada contra vibración inducida por el piso mediante el uso de resortes aislantes amortiguados con aire que tienen una función de auto nivelación. Esto virtualmente elimina vibraciones del piso en el área de instalación de toda la estructura de la maquina. Mecanismo flotante reduce la vibración interna Para reducir los efectos de la vibración generada internamente, la Legex usa un mecanismo flotante especial para acoplar cada tornillo con esferas a su bloque guía. Esto aísla el bloque guía del servomotor conforme gira el tornillo con esferas y evita así la transmisión de vibraciones del motor, especialmente durante la aceleración y desaceleración. Características de atenuación La Legex atenúa rápidamente las vibraciones transversales inducidas reduciendo así cualquier efecto adverso sobre las mediciones: Esta característica permite también que sea posible el palpado continuo con ultra alta exactitud Riel guía integrado al eje Y El riel guía del eje Y recubierto con plasma cerámico es fundición como una parte integral de la base para mejorar la rigidez y estabilidad térmica. Esta característica de diseño prácticamente elimina la distorsión debida a cambios en las temperaturas de la maquina. Aislantes neumáticos de vibración 4

5 Tecnologías incorporadas Escalas lineales de vidrio con coeficiente de expansión térmica virtualmente cero La Legex esta equipada con una nueva escala lineal de vidrio con una resolución de 0.01 mm y coeficiente de expansión térmica de 0.01 x 10-6 /K. Este coeficiente de expansión térmica virtualmente de cero significa que la Legex puede mantener su extrema exactitud a pesar de los cambios térmicos. Las escalas también están montadas de una manera única que reduce el error de histéresis a 1/5 de los modelos previos. Las graficas de inspección de la siguiente página muestran el error de histéresis que resulta de este nuevo método de montaje. Detector LED CTE = 0.01x10-6 K IC fotoreceptor Escala principal (escala de vidrio con expansión térmica virtualmente cero) Escala índice Paso de 8 mm Escala principal 5

6 Error (mm) Error (mm) Error (mm) Características LEGEX CNC CMM Error de indicación del eje X Ida Regreso Compensación por la temperatura Efectiva dentro del intervalo de 18 C a 22 C Error de indicación del eje Y Ida Regreso Mientras que las CMMs de muy alta exactitud requieren estar en un medio ambiente con la temperatura estrictamente controlada, la Legex ha sido diseñada para mejorar la estabilidad térmica de cada componente para minimizar la deformación. Adicionalmente sensores de temperatura en cada eje y para la pieza detectan los cambios de temperatura en tiempo real y son usados para compensar como si se midiera exactamente a 20 C Resultados de inspección del error de indicación volumétrico (MPE E ) para una Legex 774 Error de indicación del eje X Ida Regreso Patrón de calibración Minimizando la influencia térmica externa durante la calibración. La insensibilidad térmica es también critica para la calibración de maquinas de alta exactitud como la Legex. Mitutoyo ofrece un patrón especial de calibración que utiliza bloques patrón con un coeficiente de expansión térmica nominalmente de cero. Utilizando este patrón se evitan errores de calibración provenientes por las fluctuaciones de la temperatura ambiente. Todos los bloques patrón son medidos por interferometría con resolución de 0.01 mm en el laboratorio de calibración acreditado de Mitutoyo (JCSS No. 0030) Mitutoyo Mexicana, S.A. de C.V. ofrece cursos programados en nuestras instalaciones de Naucalpan, Monterrey, Querétaro, Tijuana y Aguascalientes o de común acuerdo en las instalaciones de los usuarios sobre software especifico tal como: MCOSMOS 1, 2 y 3, Qvpak, Qspak, Surfpak, Roundpak, Formtracepak y Formpak. Informes: [email protected] [email protected] exts. 300 y 302 6

7 Servicios de calibración y capacitación El laboratorio de calibración de Mitutoyo Mexicana, S.A. de C.V. ha instalado un equipo de medición de rugosidad para proporcionar a sus clientes usuarios servicio de calibración de patrones de rugosidad, así como, servicio de medición de rugosidad, ambos acreditados. De acuerdo con los requerimientos actuales de los sistemas de gestión de calidad, todos los equipos y patrones de medición, deben ser calibrados periódicamente y antes de usarlos cuando son nuevos. En muchos casos, los equipos de medición de rugosidad son calibrados de acuerdo con lo anterior, sin embargo, no ocurre lo mismo con los patrones. Los patrones de rugosidad son utilizados para determinar si, en un momento dado, es necesario ajustar la ganancia de los equipos, para verificaciones periódicas de los mismos y para la calibración de los rugosímetros. El servicio, ya esta disponible con ACREDITACIÓN a los patrones nacionales CON LA FINALIDAD DE PROPORCIONARLES UN MEJOR SERVICIO, LE INFORMAMOS QUE EL SERVICIO DE CALIBRACION DE INSTRUMENTOS Y PATRONES EN NUESTRO LABORATORIO ASI COMO EL SERVICIO DE REPARACION DE INSTRUMENTOS YA NO SE PROPORCIONAN DE MANERA DIRECTA POR MITUTOYO MEXICANA SINO EXCLUSIVAMENTE A TRAVES DE NUESTRA RED DE DISTRIBUIDORES. LA INFORMACION LA PUEDEN ENCONTRAR EN LA SIGUIENTE DIRECCIÓN ELECTRONICA: INFORMACION DE LISTA DE PRECIOS DE CALIBRACION Y REPARACION DE INSTRUMENTOS, SE ENCUENTRAN DISPONIBLES EN: ATENTAMENTE MITUTOYO MEXICANA, S.A. DE C.V. 7

8 Características LEGEX CNC CMM Construcción La Legex utiliza una estructura de puente fijo (Figura de la derecha). Esta es la arquitectura ideal para una CMM y virtualmente elimina los errores de paso (pitch) y ladeo (yaw). Muchas otras CMMs usan un diseño de puente móvil con una sola unidad conductora bajo la columna, lo cual tiende a causar paso y ladeo durante los movimientos deslizantes. Estructura tipo puente fijo usada en la Legex El centro de gravedad de las maquinas tipo puente móvil es movido de acuerdo al movimiento del eje X. Este movimiento del centro de gravedad del puente cambia la distribución de la carga y por lo tanto altera las deformaciones subsecuentes. Estructura tipo puente móvil 8

9 Características LEGEX CNC CMM Exactitud dinámica El diseño de puente fijo de la Legex permite que los ejes sean operados de manera totalmente independiente. El movimiento del bloque guía del eje X no cambia la carga sobre el bloque guía del eje Y y por lo tanto no causa deformación. También el centro de gravedad del sistema tipo conductor porque coloca la unidad conductora cerca del centro de gravedad de cada bloque guía. Esta característica permite mediciones con muy alta velocidad y alta exactitud reduciendo las deflexiones inducidas por inercia durante la aceleración y desaceleración. Eje Z Eje conductor Cojinetes de aire Eje conductor Viga eje X RM-120 Calibración de anillos patrón de 6 a 120 mm con máquina que incorpora una holo escala láser con resolución de 0,1 µm y repetibilidad de 0,2 µm 9