Avances en compensación de distorsión en mecanizado en 5 ejes

Uno de los más difíciles desafíos en el mecanizado de grandes piezas de trabajo es mantener la precisión dentro de toda la zona de trabajo. De forma ideal, una máquina de cinco ejes puede producir resultados con la misma precisión cuando realiza cortes en esquinas alejadas de la zona de trabajo o en el centro.

Compensación de distorsiones estructurales

Grob Systems (Bluffton, Ohio) desarrolló un método para verificar y compensar las posibles distorsiones de la estructura de una máquina, causadas por el peso de una pieza de trabajo de gran peso, cuando ésta se mecaniza en cinco ejes.

Grob, un fabricante de máquinas universales de cinco ejes y sistemas de producción, indica que su nuevo método mejora la precisión de las máquinas de cinco ejes, especialmente de aquellas llamadas a producir piezas y componentes grandes y complejos para aplicaciones críticas. Este es un resumen de la explicación de la compañía sobre cómo trabaja este nuevo sistema:

La forma tradicional de mejorar la precisión de la máquina es usar un interferómetro láser para compensar la precisión de la posición del eje individual y la medición de la barra de bolas para mejorar la perpendicularidad entre ejes. Esta es una simple técnica que es útil solo para los tres ejes lineales de la máquina.

Cuando el husillo y la mesa empiezan a moverse alrededor de la cubierta de trabajo, cada vez más desviaciones (tanto traslacionales como rotacionales) entran en juego. Este es el problema fundamental y se hace exponencialmente más complejo cuando se introducen dos ejes rotacionales adicionales.

Mapa de compensación pictórica de seis dimensiones

Para mejorar el proceso en máquinas cada vez más complejas, Siemens ha sido pionera en el uso de un mapa de compensación pictórica de seis dimensiones. Un láser 3D es usado para medir de forma simultánea la alineación de giro y de eje, retroalimentando los datos al control de la máquina.

La figura resultante está conformada por muchos puntos dentro de la zona de trabajo. Esto crea una medición mucho mejor de la geometría y posicionamiento, permitiéndole al control CNC compensar la distorsión y mejorar la precisión volumétrica en cualquier parte dentro de la zona de trabajo.

La limitante de este método es que las verificaciones y la compensación tienen lugar solo en la planta durante el ensamble final, y está solo disponible para los ejes lineales. En el mundo real, una vez que se pone una pieza en el pallet, todo cambia. Considere la capacidad de algunas de las máquinas de cinco ejes más grandes para alojar cargas de hasta 1360 kg. Cuando una masa de este tamaño se pone a girar en una máquina de cinco ejes, posiblemente suspendida a 90 grados, esto crea una potente fuerza de distorsión.

Ajuste Cinemático Automático

Simultáneamente a los desarrollos de software en Siemens, Grob desarrolló una función llamada Ajuste Cinemático Automático. Este proceso ubica el centro real de giro, que es crítico para la precisión en una zona de trabajo de cinco ejes.

El sistema trabaja así: una sonda de husillo se acopla con una esfera de precisión montada sobre el pallet. Un ciclo cinemático toca la esfera con la sonda y luego gira para reposicionar el eje giratorio. Luego, esta acción se realiza repetitivamente. Persiguiendo la esfera alrededor de los cinco ejes de la máquina se identifica el verdadero centro de rotación. El proceso completo toma alrededor de 10 minutos.

Grob ha integrado su proceso cinemático con el software Siemens para crear lo que ellos llaman el sistema de calibración de ejes de giro Grob Swivel Axis Calibration (GSC) para uso en planta. El GSC aplica el mismo paquete de software básico para ajuste cinemático automático, pero lo lleva más allá del centro de rotación. Una sonda almacenada en el cargador de herramientas persigue a la esfera para mapear la precisión de posición dentro de toda la zona de trabajo.

Al girar y rotar el pallet, la sonda identifica cualquier desviación rotacional o traslacional – de arriba hacia abajo en la carrera del eje Y, máximo X a máximo Z, y todo lo demás en el medio–. Las desviaciones medidas son enviadas al software de compensación, que posteriormente perfecciona la precisión en el posicionamiento. El proceso puede aplicarse a cualquier componente crítico asignado a la máquina Grob.

Precisión en ambientes volumétricos de cinco ejes

“Este es un gran avance en la precisión de posicionamiento en ambientes volumétricos de cinco ejes” indica Bill Vejnovic, vicepresidente de la División de Máquinas Universales de la compañía.

“No podemos cambiar la física, pero podemos ubicar la esfera sobre una pieza de 1360 kg, correr el mismo programa de cinemática y compensar la distorsión de cualquier efecto físico sobre la estructura de la máquina. Sobre las máquinas más grandes, usted puede imaginar el impacto que esto puede tener sobre la precisión total”.