Las CMM’s ofrecen una opción de inspección de engranes capaz, asequible y flexible.
La inspección de engranes se ha considerado durante mucho tiempo una parte altamente especializada, costosa y difícil, que requiere una amplia variedad de instrumentos de medición complicados, palpadores, equipos CNC dedicados y expertos altamente capacitados.
Pero si quieres hacer buenos engranes, necesitas tener todo eso, ¿verdad?
Bueno, tal vez no, dice John Fox, ingeniero senior de aplicaciones de software CMM de Mitutoyo America Corporation. Según Fox, puede que haya llegado el momento de considerar una máquina de medición por coordenadas (CMM) para sus necesidades de inspección de engranes.
“Tenemos muchos clientes que utilizan una CMM para medir, producir y configurar engranes”, dice Fox. “Clientes como Honda, Kawasaki, Hitachi, Molon Motors, etc. utilizan la CMM para medir los engranes que han comprado. Y hay empresas de engranes de alta precisión, como Gear Manufacturers Inc., que incorporan nuestra CMM de mayor precisión para la configuración y parte de la producción”.
Un precio más bajo es una de las principales razones para considerar las CMM en lugar de los equipos de inspección convencionales dedicados a engranes , dice Fox. Una sola pieza del equipo dedicado de verificación de engranes, sofisticado, totalmente programable y automatizado, limitado a un solo rango de tamaño de engrane (engranes de hasta 15 pulgadas de diámetro, por ejemplo) más software, podría costar el doble que una máquina CMM equipada con una mesa giratoria, un cabezal con palpador de escaneo de alta velocidad y un software de verificación de engranes, dice Fox. Por supuesto, los precios exactos para cualquier tipo de sistema dependen de las opciones y el tamaño de la máquina.
El tipo de CMM utilizado para medir engranes depende principalmente del tamaño y peso de la pieza. Al medir engranes grandes (aquellos con diámetros de más de un metro o que son extremadamente pesados) se necesitaría una CMM de brazo horizontal de alta precisión con una mesa giratoria. Este estilo de CMM se utiliza generalmente para inspeccionar engranes a gran escala, como los utilizados en sistemas de propulsión de barcos y equipos pesados, engranes de turbinas y engranes utilizados en plantas de energía nuclear y térmica y turbinas eólicas. La inspección de engranes a gran escala es más fácil de realizar con este estilo de CMM debido a su estructura de acceso abierto.
Por otro lado, las CMM de puente suelen ser la máquina adecuada para medir engranes de tamaño pequeño o mediano. Hay dos estilos de CMM tipo puente disponibles. Uno tiene una mesa fija con puente móvil y el otro tiene una mesa móvil con puente fijo. Este segundo estilo de CMM ofrece mayor precisión. Algunos modelos de CMM de puente tienen capacidades bastante grandes, lo que elimina la necesidad de una máquina de brazo horizontal.
Además de reemplazar el equipo dedicado de inspección de engranaes, las CMM’s también pueden reemplazar muchos de los instrumentos de medición portátiles y más pequeños que se utilizan a menudo en la inspección de engranes. “Los instrumentos portátiles están sujetos a la interpretación del operador”, dice Fox. “La repetibilidad entre operadores que utilizan métodos de inspección manuales es menor. La velocidad de medición es ciertamente más lenta. Los informes escritos están abiertos a que se registren valores incorrectos. Una CMM automatizada puede medir piezas, mientras el operador continúa produciéndolas. Una vez que el programa de la CMM esté probado, obtendrá buena precisión, repetibilidad e informes”.
En algunos casos, la CMM puede incluso colocarse directamente en el taller, junto a las máquinas de producción.
“Los dos principales enemigos de una CMM son los cambios rápidos y dramáticos de temperatura y las vibraciones”, dice Fox. “Incluso en un taller, si la temperatura es algo estable, no se nota ningún error importante. Los equipos Mitutoyo cuentan con sensores de temperatura en cada eje. Por lo tanto, se compensan adecuadamente las fluctuaciones de temperatura. Mitutoyo tiene muchos clientes que colocan las CMM’s en el taller y están muy satisfechos con la repetibilidad y precisión obtenidas. Mitutoyo fabrica una CMM específica, la Strato, que está diseñada para su uso en un taller. Los ejes de la Strato incorporan escalas de vidrio no expandibles; las vías están completamente protegidas con cubiertas y fuelles y amortiguación activa de vibraciones mediante unidades de resorte neumático de nivelación automática”.
Echa otro vistazo
Aquellos que podrían haber considerado las CMM’s en el pasado definitivamente deberían echarle otro vistazo, dice Fox.
“En los últimos 5 a 10 años, las CMM’s Mitutoyo se han vuelto mucho más precisas con la incorporación de controladores de alto rendimiento, mayor tecnología de escaneo, minimización de la generación interna de calor y mecanismos de servoaccionamiento más rápidos con aceleraciones de hasta 2.598 mm/seg2”, dice Fox.
En cuanto a la precisión, Mitutoyo fabrica tanto CMM’s de alta precisión como equipos de nivel básico. Las máquinas de nivel básico permiten un error máximo permitido (MPEE) de 1,7+3L/1.000 micrones, mientras que las máquinas de gama media y alta precisión de Mitutoyo permiten 0,9+2,5L/1.000 micrones y 0,6+1,5L/1.000 micrones, respectivamente.
“Es debido a la precisión en el rango medio y alto que las CMM’s Mitutoyo son muy adecuadas para las tolerancias extremadamente estrechas requeridas para la medición de engranes”, dice Fox.
“Una cosa a tener en cuenta es que Mitutoyo fabrica todos los componentes que se utilizan en los equipos Mitutoyo, incluidas todas nuestras CMM’s”, dice Fox. “Tenemos un control excelente sobre la calidad de los componentes que entran en nuestras CMM’s. Esto permite que las CMM’s de Mitutoyo tengan el mayor intervalo entre fallas, que oscila entre 25 000 y 30 000 horas”.
Algunos de los puntos clave de la precisión de las máquinas Mitutoyo incluyen la construcción de la máquina y los componentes de precisión. “El eje Y se corta a partir de la misma pieza de granito que la mesa”, dice Fox. “El eje Y nunca cambiará debido a esto, a diferencia de los fabricantes de otras CMM que utilizan una pieza separada de granito pegada y unida mediante tornillos. Además, Mitutoyo siempre ha producido las mejores escalas, que tienen una expansión mínima o casi nula. Mitutoyo incorpora además, compensación de temperatura en cada escala”.
Más allá de la precisión y exactitud de las máquinas, la clave para una medición precisa de los engranes, ya sea en una CMM o en una máquina dedicada, es el software, afirma Fox. Por ejemplo, calcular si una curva involuta es correcta basándose en los puntos de datos extraídos durante la medición requiere el uso de fórmulas matemáticas de alto nivel y algoritmos sofisticados. GEARPAK es muy exacto en estos cálculos, dice Fox, y Mitutoyo ha recibido la certificación de los algoritmos de Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), la máxima autoridad nacional de certificación técnica de Alemania.
Para lograr la certificación del software, Mitutoyo tuvo que proporcionar a PTB cálculos de GEARPAK basados en puntos de datos solicitados por PTB. La gama de cálculos incluía una evaluación compleja de los flancos del engrane para el perfil de los dientes y la línea del flanco; desviaciones del perfil de los dientes, como pendiente y forma; coronación de perfil; datos de relieve de puntas y raíces; pendiente de hélice y desviaciones de forma; coronación de la línea de flanco; una variedad de datos de relieve final, incluidas modificaciones de curvaturas y relieves; paso de engranaje; espesor de los dientes; espaciado de dientes; dimensión sobre alambres o bolas; dimensiones de desplazamiento; y diámetros de punta y raíz, incluida la concentricidad o el descentramiento. Los resultados se enviaron de vuelta al PTB donde se compararon con los resultados correctos. Para recibir la certificación PTB, los resultados de los datos de prueba deben estar a menos de 0,1 µm (0,0001 mm o 0,000004 pulgadas) de los valores de referencia del PTB.
El software GEARPAK de Mitutoyo para engranes cónicos admite engranes cónicos rectos, cónicos en espiral e hipoides de geometría Gleason. El módulo GEARPAK para engranes helicoidales admite formas de dientes ZA, ZN, ZI y ZK, así como gusanos de entrada única o múltiple.
El software GEARPAK está incorporado con el software MCOSMOS de Mitutoyo Al combinar una programación intuitiva basada en iconos con la capacidad de importar modelos CAD, MCOSMOS permite incluso a los usuarios novatos importar fácilmente modelos de piezas y accesorios y colocarlos “virtualmente” en el volumen de su CMM. MCOSMOS define gráficamente la CMM, los intercambiadores, las puntas e incluso los palpadores. Seleccionados gráficamente, todos los puntos de medición se muestran claramente en una vista gráfica tridimensional que se puede girar, ampliar o desplazar hasta cualquier punto de vista conveniente. La animación permite programar una pieza de trabajo fuera de línea antes de colocarla en la CMM, lo que proporciona verificación del volumen de la máquina y evita colisiones. Luego, MCOSMOS permite a los usuarios elegir varios módulos de software para analizar los resultados de las mediciones, documentar y presentar los resultados y archivar los datos en estructuras prácticas. Además, MCOSMOS se integra con sistemas en red para aplicaciones de control de procesos en línea, así como para permitir una verdadera funcionalidad en toda la empresa.
La otra característica atractiva de las CMM para la inspección de engranes es que pueden usarse fácilmente para inspeccionar otras características, afirma Fox. Al incorporar software de alto nivel, las CMM’s pueden medir prácticamente cualquier tipo de geometría. Por ejemplo, se pueden inspeccionar perfiles aerodinámicos, espirales de compresores o la geometría de los álabes de turbinas con el software adecuado. Además, “la capacidad de incorporar componentes como palpadores de visión que utilizan tecnología de detección de bordes y palpadores de escaneo láser ha hecho que las CMM’s sean mucho más flexibles y potentes”, afirma Fox.