Método para la verificación geométrica de máquinas herramienta según su configuracióndesarrollo y análisis

Resumen

La verificación de máquinas herramienta (MH) es siempre un tema de interés para la metrología, por lo que se han hecho muchos esfuerzos para incrementar la fiabilidad de los métodos desarrollados para su causa. Durante los últimos años algunos de éstos métodos se han vuelto muy fiables, habiendo sido probados en su mayoría sobre máquinas de medición por coordenadas (MMC) y no tanto sobre MH de taller, lo que da pie a nuevas investigaciones. Estos procesos de verificación se llevan a cabo mediante la realización de ensayos geométricos que determinen los errores de posicionamiento y trayectoria de una máquina para así poder compensarlos y evitar que se trasladen a la pieza, consiguiendo con esto un funcionamiento más preciso. Existen distintos factores que causan las variaciones geométricas y dimensionales que pueda tener una pieza. El desgaste de la herramienta es uno de ellos, sin embargo, existen errores térmicos provenientes de fuentes externas y/o internas que pueden causar la deformación elástica de las piezas o de la propia herramienta o de ambas, además de errores dinámicos que se traducen en variaciones en los movimientos de avance de la máquina. Los movimientos en una máquina herramienta generalmente se realizan en varios ejes, por lo que resulta de gran importancia conocer las variaciones geométricas teóricas existentes entre los respectivos ejes de la máquina, además de las variaciones geométricas del elemento y los movimientos de sus correspondientes ejes individuales. En esta investigación se plantea como objetivo general el desarrollo y análisis de un procedimiento que permita obtener las expresiones matemáticas o fórmulas adecuadas para el cálculo de cada uno de los errores geométricos de una máquina herramienta, mediante un procedimiento de verificación basado en la obtención de las coordenadas espaciales de ciertos puntos. Se ha desarrollado un método para la determinación de la formulación matemática de una MH como resultado de la simplificación de los modelos matemáticos de la cadena cinemática de las cuatro configuraciones básicas de máquina analizadas. Con el objetivo de validar la formulación determinada y comprobar que funciona correctamente, se ha llevado a cabo una simulación en la que se compara el error calculado con cada fórmula con un error introducido en unos datos sintéticos. Además, se ha determinado la sensibilidad del método desarrollado mediante un estudio realizado para verificar si existe una magnitud de errores tal que el modelo simplificado no sea capaz de reproducir los resultados que se obtendrían con el modelo completo. Basado en el análisis de los resultados de las simulaciones realizadas, se ha planteado un método de verificación en condiciones reales para la validación de la formulación. A partir de los resultados de la comparativa se concluye que la formulación determinada es válida y que la utilización de la metodología propuesta con palpador autocentrante para la obtención de los datos es adecuada y que con ella se obtienen resultados fiables. Por otra parte, la utilización de un sistema Laser Tracker mediante este método es factible siempre que los errores de la máquina evaluada sean de la misma magnitud que su resolución, y es más adecuado para su uso en MH de gran tamaño. En relación a máquinas que posean ejes rotativos, se ha realizado la identificación de los `errores geométricos independientes de la posición' del eje rotativo de un plato giratorio. A partir del análisis de la bibliografía referente a ejes rotativos, se ha concluido que existen diferentes métodos para el cálculo de sus errores, en los que pueden intervenir o no los movimientos de los ejes de traslación y los errores que conllevan, pero que actualmente no existe un método que pueda satisfacer las necesidades de medición de cualquier eje rotativo o de giro de manera general, por lo que se ha de decidir sobre el método de evaluación a utilizar en vista de las necesidades específicas de cada caso particular. El cálculo de los errores de movimiento radial, pendular y axial se ha realizado de manera directa, de tal forma que los errores de traslación de la máquina no influyan en el movimiento del eje central del plato divisor que se ha evaluado. A partir de la comparativa del error de movimiento axial calculado con tres instrumentos de medición, se concluye que los resultados validan la hipótesis de que es posible obtener tan buenos resultados con Laser Tracker y palpador autocentrante como con sensores de desplazamiento, que es como lo indica la norma.