La precisión del mecanizado se refiere al grado de conformidad entre los parámetros geométricos reales (dimensiones, forma y posición) de una pieza mecanizada y sus parámetros geométricos ideales. En el mecanizado mecánico, los errores son inevitables, pero deben mantenerse dentro de los límites permitidos. A través del análisis de errores, es posible comprender las pautas básicas de variación de los mismos y, en consecuencia, adoptar medidas correspondientes para reducir los errores de mecanizado y mejorar la precisión del mecanizado.
I. Principales causas de los errores en el mecanizado mecánico
(i) Errores de rotación del husillo
El error de rotación del husillo se refiere a la variación entre el eje de rotación instantáneo real del husillo y su eje de rotación promedio. Las principales causas de los errores radiales de rotación del husillo incluyen: errores de coaxialidad de las secciones del muñón del husillo, diversos errores propios de los rodamientos, errores de coaxialidad entre rodamientos, deflexión del husillo, etc. Mejorar adecuadamente la precisión de fabricación del husillo y su alojamiento, seleccionar rodamientos de alta precisión, aumentar la precisión del montaje de los componentes del husillo, equilibrar los componentes de alta velocidad del husillo y pre-cargar los rodamientos de rodillos pueden todos mejorar la precisión de rotación del husillo de la máquina herramienta.
(ii) Errores de la guía
Las guías sirven como referencia para determinar las relaciones posicionales relativas de los distintos componentes de la máquina herramienta y también como punto de referencia para el movimiento de la máquina herramienta. Los requisitos de precisión para las guías del torno abarcan principalmente tres aspectos: rectitud en el plano horizontal; rectitud en el plano vertical; y paralelismo (torsión) de las guías delanteras y traseras. Además de los errores de fabricación de las propias guías, el desgaste desigual y la calidad de instalación de las guías también son factores importantes que provocan errores en las guías.
(iii) Errores de la cadena de transmisión
Los errores de transmisión en una cadena de transmisión se refieren a los errores de movimiento relativo entre el primer y el último elemento de transmisión en una cadena de transmisión internamente vinculada. Los errores de transmisión son causados por errores de fabricación y montaje de los diversos componentes de la cadena de transmisión, así como por el desgaste durante el uso.
(iv) Errores geométricos de la herramienta
Cualquier herramienta inevitablemente sufre desgaste durante el proceso de corte, lo que a su vez provoca cambios en las dimensiones y la forma de la pieza. Seleccionar correctamente los materiales de las herramientas, adoptar nuevos materiales resistentes al desgaste, elegir de manera razonable los parámetros geométricos y de corte de las herramientas, y utilizar adecuadamente el refrigerante pueden todos minimizar el desgaste dimensional de las herramientas. Cuando sea necesario, también se pueden utilizar dispositivos de compensación para compensar automáticamente el desgaste dimensional de las herramientas.
(v) Errores de posicionamiento
a) Error de desajuste de datum: En un dibujo de pieza, el datum utilizado para determinar las dimensiones y la posición de una superficie se denomina datum de diseño. En una hoja de proceso, el datum utilizado para determinar las dimensiones y la posición de la superficie mecanizada después del procesamiento se llama datum de proceso. Al mecanizar una pieza en una máquina herramienta, ciertas características geométricas de la pieza deben seleccionarse como datums de ubicación. Si el datum de ubicación seleccionado no coincide con el datum de diseño, se produce un error de desajuste de datum.
b) Error de fabricación inexacta de pares de elementos de ubicación: Los elementos de ubicación de un dispositivo de fijación no pueden fabricarse con absoluta precisión según las dimensiones nominales; sus dimensiones (o posiciones) reales están autorizadas a variar dentro de rangos de tolerancia especificados. La superficie de ubicación de la pieza y los elementos de ubicación del dispositivo de fijación forman conjuntamente un par de elementos de ubicación. La máxima variación posicional de la pieza causada por la fabricación inexacta del par de elementos de ubicación y por el ajuste de holgura entre ellos se denomina error de fabricación inexacta del par de elementos de ubicación.
(vi) Errores causados por la deformación del sistema tecnológico bajo carga
a) Rigidez de la pieza: En el sistema tecnológico, si la rigidez de la pieza es relativamente baja en comparación con la de la máquina herramienta, la herramienta y el dispositivo de fijación, la deformación de la pieza debido a la rigidez insuficiente bajo la acción de las fuerzas de corte tendrá un impacto relativamente grande en la precisión del mecanizado.
b) Rigidez de la herramienta: Una herramienta de torneado externo presenta una alta rigidez en la dirección normal (y) a la superficie mecanizada, y su deformación puede despreciarse. Al taladrar un orificio interno de pequeño diámetro, la barra de mandrinado tiene una rigidez muy baja, y su deformación bajo carga afecta significativamente la precisión del mecanizado del orificio.
c) Rigidez de los componentes de la máquina-herramienta: Los componentes de la máquina-herramienta están formados por numerosas piezas. Hasta la fecha, no existe un método de cálculo sencillo y adecuado para determinar la rigidez de los componentes de la máquina-herramienta; actualmente, se emplean principalmente métodos experimentales para medir dicha rigidez. La deformación no guarda una relación lineal con la carga; las curvas de carga y descarga no coinciden, ya que la curva de descarga se encuentra retrasada respecto a la de carga. El área encerrada entre ambas curvas representa la energía disipada durante el ciclo de carga y descarga, consumida por el trabajo de fricción y por el trabajo de deformación por contacto. Tras la primera descarga, la deformación no vuelve al punto de partida de la primera carga, lo que indica la presencia de deformación residual. Después de múltiples ciclos de carga-descarga, el punto de partida de la curva de carga coincide con el punto final de la curva de descarga, y la deformación residual va disminuyendo gradualmente hasta llegar a cero.
(vii) Errores causados por la deformación térmica del sistema tecnológico
La deformación térmica del sistema tecnológico tiene un impacto relativamente grande en la precisión del mecanizado. Especialmente en el mecanizado de precisión y en el mecanizado de piezas grandes, los errores de mecanizado provocados por la deformación térmica pueden, en ocasiones, representar hasta el 50% del error total de la pieza. Las máquinas-herramienta, las herramientas y las piezas están sometidas a diversas fuentes de calor, lo que provoca un aumento gradual de su temperatura. Al mismo tiempo, disipan calor hacia los materiales y el espacio circundantes mediante diversos métodos de transferencia de calor.
(viii) Errores de ajuste
En cada etapa del mecanizado mecánico, es necesario realizar algún tipo de ajuste en el sistema tecnológico. Dado que el ajuste no puede ser absolutamente preciso, se generan errores de ajuste. En el sistema tecnológico, la precisión posicional mutua entre la pieza y la herramienta sobre la máquina-herramienta se garantiza mediante el ajuste de la máquina-herramienta, la herramienta, el dispositivo de sujeción o la pieza. Cuando las precisiones originales de la máquina-herramienta, la herramienta, el dispositivo de sujeción y la pieza en bruto cumplen todas las exigencias del proceso y no se consideran factores dinámicos, la influencia de los errores de ajuste desempeña un papel decisivo en la precisión del mecanizado.
(ix) Errores de medición
Cuando se miden las piezas durante o después del mecanizado, el método de medición, la precisión de la herramienta de medición, las condiciones de la pieza y los factores subjetivos y objetivos influyen directamente en la precisión de la medición.
II. Medidas para mejorar la precisión del mecanizado mecánico
(i) Reducción de los errores originales
Reducir directamente los errores originales incluye mejorar la precisión geométrica de las máquinas-herramienta utilizadas para el mecanizado de piezas, aumentar la precisión de los dispositivos de sujeción, de las herramientas de medición y de las propias herramientas de corte, así como controlar la deformación del sistema tecnológico bajo carga y calor, el desgaste de las herramientas, la deformación causada por tensiones internas y los errores de medición. Para mejorar la precisión del mecanizado, es necesario analizar los distintos errores originales que provocan los errores de mecanizado y adoptar diferentes medidas para abordar los principales errores originales responsables de dichos errores según las distintas situaciones. Para el mecanizado de piezas de precisión, se debe mejorar en la medida de lo posible la precisión geométrica, la rigidez y el control de la deformación térmica de las máquinas-herramienta de precisión utilizadas. Para el mecanizado de piezas con superficies conformadas, el enfoque principal consiste en reducir el error de forma de la herramienta de conformado y el error de instalación de la herramienta.
(ii) Método de compensación de errores
Para algunos errores originales en el sistema tecnológico, se pueden adoptar métodos de compensación de errores para controlar su influencia en los errores de mecanizado de las piezas.
a) Método de compensación de errores: Este método crea artificialmente un nuevo error original para compensar o anular los errores originales inherentes al sistema tecnológico original, reduciendo así los errores de mecanizado y mejorando la precisión del mecanizado.
b) Método de cancelación de errores: Este método utiliza un tipo de error original para cancelar parcial o totalmente otro tipo de error original.
(iii) Diferenciación o igualación de los errores originales
Para mejorar la precisión de mecanizado de un lote de piezas, se pueden adoptar métodos que diferencien ciertos errores originales. Para las superficies de las piezas que requieren alta precisión de mecanizado, también se puede utilizar el método de igualar gradualmente los errores originales mediante sucesivos procesos de corte de prueba.
a) Método de diferenciación (agrupación) de los errores originales: Basándose en la ley de la reflexión de los errores, se miden las dimensiones de las piezas en bruto o de las piezas trabajadas en la operación anterior y se dividen en n grupos según su tamaño, reduciendo el rango dimensional de cada grupo a 1/n del original. A continuación, de acuerdo con el rango de error de cada grupo, se ajusta por separado la posición precisa de la herramienta respecto a la pieza, de modo que el centro del rango de dispersión dimensional de cada grupo de piezas quede básicamente coincidente, reduciendo así en gran medida el rango global de dispersión dimensional de todo el lote de piezas.
b) Método de igualación de los errores originales: Este proceso consiste en reducir y promediar continuamente los errores originales en la superficie mecanizada mediante el propio mecanizado. El principio de la igualación es identificar las diferencias entre superficies de piezas o de herramientas estrechamente relacionadas mediante comparaciones e inspecciones mutuas, y luego realizar mecanizados de corrección mutua o mecanizados de referencia.
(iv) Transferencia de los errores originales
La esencia de este método es transferir los errores originales desde la dirección sensible a los errores hacia la dirección no sensible a los errores. El grado en que diversos errores originales se reflejan en los errores de mecanizado de las piezas está directamente relacionado con si se encuentran en la dirección sensible a los errores. Si durante el mecanizado se toman medidas para trasladarlos a la dirección no sensible a los errores, se puede mejorar en gran medida la precisión de mecanizado. Se transfieren los errores originales a otros aspectos que no afectan la precisión de mecanizado.
III. Conclusión
En el mecanizado mecánico, los errores son inevitables. Solo realizando un análisis detallado de las causas de los errores se pueden adoptar las medidas preventivas adecuadas para reducir los errores de mecanizado y mejorar la precisión del mecanizado mecánico.
