Verificarea maşinilor-unelte (XV). Efectuarea măsurărilor şi interpretarea rezultatelor

Masini-Unelte

de Corneliu Gornic

În interiorul oricărei companii nu se aplică regulile democraţiei: trebuie să existe doar „disciplină tehnologică”. Aceasta se materializează prin proceduri şi instrucţiuni de lucru, procedee/procese tehnologice şi reguli, regulamente, etc. Ele se aplică nu numai pe teritoriul firmei, ci oriunde îşi desfăşoară activitatea specifică angajaţii acesteia.

 

Măsurarea şi interpretarea rezultatelor măsurării reprezintă fazele de evaluare (cantitativă) a calităţii pieselor prelucrate, a ansamblurilor şi a maşinii-unelte, ca întreg. Ambele operaţii (faze) implică responsabilitate, pentru că o situaţie reală, la o dată ulterioară celei în care s-au efectuat şi consemnat rezultatele verificărilor în documente tehnice, întărite prin semnătură (uneori şi ştampilă), în care se constată diferenţe semnificative (în sens negativ, adică abateri mai mari), poate conduce la:

a. apariţia unor probleme tehnice ulterioare, cauzatoare de consumuri suplimentare de timp (manoperă, maşină), energie şi, în final, la costuri suplimentare, întârzieri la livrare etc;

b. diferenţele dintre „calitatea” consemnată în documentele de certificare a calităţii şi „problemele” constatate ulterior pot genera litigii între cei din „aval”(beneficiari) şi cei din „amonte” (producători), litigii materiale, financiare şi chiar juridice.

 

A. Reguli recomandate la efectuarea verificărilor

La efectuarea măsurărilor, la verificarea maşinilor-unelte,a ansamblurilor componente sau a pieselor prelucrate pe maşinile-unelte trebuie să se respecte o serie de reguli (unele au fost enunţate şi în episoadele anterioare, dar reiterarea lor dovedeşte importanţa acestora):

1 Operatorul, cel care efectuează măsurările, trebuie să ştie, să cunoască foarte exact parametrii, mărimile pe care urmează să le măsoare (definiţii, reprezentări grafice, notaţii etc);

Am întâlnit situaţii în care controlorul confunda circularitatea cu ovalitatea. Şi acest lucru se întâmpla de mulţi ani! Norocul a fost că în toată această perioadă el a fost de două ori mai exigent decât i-o cerea documentaţia de execuţie!

2 Să ştie unităţile de măsură ale abaterilor tolerate, domeniul lor de variaţie şi să aleagă aparatura corespunzătoare (dacă aceasta nu este specificată în procedurile de lucru) pentru etalonare, măsurare;

3 Să ştie şi să respecte procedura de verificare şi condiţiile de efectuare a măsurării: condiţii de mediu, starea piesei sau a maşinii-unelte;

4 Dacă beneficiarul, echipa tehnică a producătorului solicită o anumită ordine a efectuării verificărilor, aceasta va fi respectată de cel care verifică maşina-unealtă;

5 Din practică, rezultă că anumite verificări trebuie să „fie legate”, adică ele trebuie să fie efectuate una după alta, fără pauze, în afara celor necesare montării aparatelor şi mijloacelor de măsurare. Aceste verificări au în vedere faptul că la încălzirea lagărelor arborelui principal poziţia axei acestuia se modifică. Sunt influenţate astfel:

  • poziţia sa faţă de ansamblurile mobile ale maşinii-unelte;
  • bătaia radială şi axială.

Pe parcursul activităţii profesionale am constatat cazuri în care, din cauza indisciplinei tehnologice, echipa responsabilă cu montarea şi reglarea maşinii ştia că nu pot fi satisfăcute simultan două tipuri de condiţii:

  • temperatura maximă a lagărului arborelui principal la stabilizare (prin rotirea la o turaţie convenită cu beneficiarul sau în conformitate cu procedurile producătorului);
  • poziţia axei arborelui principal în raport cu alte elemente ale maşinii-unelte.

 

Din acest motiv, cele două tipuri de verificări nu se efectuau succesiv. Se producea, din diverse motive, o întrerupere a activităţii de verificare în prezenţa celui interesat de calitatea maşinii (reprezentant al beneficiarului, reprezentant neutru) şi se modificau reglaje ale lagărului arborelui principal. Dacă „frauda” era descoperită la be neficiar, de exemplu, urmau discuţii, certuri, dar, în final, furnizorul maşinii trebuia să remedieze defecţiunea, cu consecinţele de rigoare: întârzierea punerii în funcţiune, eventuale penalizări, neîncredere în furnizor, afectarea imaginii acestuia cu consecinţe asupra relaţiilor ulterioare cu beneficiarul în cauză şi, prin circulaţia informaţiei, şi cu alţi potenţiali clienţi!

 

6 Consemnarea unor date Indiferent de formatul, formularul pe care se înregistrează rezultatele verificării (indiferent de tipul acesteia) este util să se consemneze şi următoarele informaţii:

  • data efectuării verificării;
  • date privind mediul înconjurător din incinta în care se fac măsurările, verificările (în special temperatura);
  • temperatura unui punct reprezentativ (nominalizat) al maşinii;
  • aparatura utilizată (tip, clasă de precizie, producător etc);
  • datele de identificare a persoanei care a efectuat verificarea etc.

 

Recomand crearea, întreţinerea (actualizarea) unor bănci de date (parolate), pentru uzul persoanelor autorizate, care să cuprindă „istoricul” realizărilor:

  • pe tipuri de maşini-unelte
  • pe tipuri de verificări
  • pe tipuri de piese prelucrate etc.

 

 B. Reguli privind folosirea unor aparate de măsurare şi control

Obţinerea unor rezultate corecte privind abaterile maşinilor-unelte este condiţionată de cunoaşterea şi respectarea unor reguli la utilizarea diferitelor aparate de măsurare.

1 NIVELA (indiferent de tip)

a. La amplasarea pe o suprafaţă de referinţă (masă de verificare, riglă de verificare) nivela nu trebuie să oscileze la apăsare, ca dovadă a faptului că ea nu are suprafaţa de reazem răsucită, uzată neuniform, lovită; în caz contrar, nivela trebuie recondiţionată;

b. Verificarea nivelei: la întoarcerea cu 180° şi amp­lasarea ei, teoretică, în exact acelaşi loc pe suprafaţa de referinţă, indicaţia trebuie să fie aceeaşi; dacă nu, nivela trebuie dusă la verificare/recondiţionare;

c. Nivela nu trebuie ţinută în mână pentru că se încălzeşte cel puţin una din laturi sau local (zona ţinută în mână) şi se alterează rezultatele măsurării; dacă nivela nu are un ,,mâner” din material izolant (lemn, plastic), cel ce efectuează verificarea trebuie să aibă mănuşă izolantă (de obicei bumbac);

d. Suprafaţa de contact a nivelei şi cea verificată tre­buie să fie foarte bine curăţate înainte de verificare: orice impuritate solidă aflată sub suprafaţa de contact a nivelei influenţează negativ rezultatul verificării;

e. Trebuie ţinut cont permanent de sensul abaterii, care trebuie considerat pe întreaga durată a verificării şi prelucrării datelor;

f. Nivela nu poate fi folosită la verificarea unui obiect aflat în mişcare, ci doar în stare de repaos; indife­rent de tip (cu bulă, electronică) există un timp necesar stabilizării elementului sensibil;

g. O suprafaţă influenţată de surse exterioare de căldură (raze de soare, aeroterme etc) nu trebuie verificată, deoarece aceste surse de căldură o deformează;

h. O nivelă cu defecţiuni (v. pct. a. şi b. de mai sus) nu trebuie folosită: ea trebuie verificată metrologic şi recondiţionată (reparată).

 

2 COMPARATOR CU CADRAN

Regulile de mai jos se aplică, respectând anumite particularităţi constructive şi de funcţionare, oricărui tip de comparator.

a. Trebuie asigurată o fixare suficient de rigidă a comparatorului în suport:

  • dacă bucşa de ghidare a tijei comparătorului (cu care se fixează acesta în suport) este prea strânsă, aceasta din urmă se poate bloca; anumite comparatoare au zona de fixare distinctă faţă de palpator şi acest pericol nu există;
  • dacă nu se asigură o strângere suficientă a comparatorului apar jocuri, histerezis, care denaturează rezultatul măsurării.

b. Se verifică repetabilitatea citirii astfel:

  • pe suprafaţa de măsurat, prin ridicarea uşoară a tijei şi eliberarea ei până la contactul cu suprafaţa de măsurat;
  • cu cală plan-paralelă, introdusă şi scoasă succesiv de mai multe ori, între suprafaţa de măsurat şi palpatorul comparatorului;
  • prin apăsare uşoară pe comparatorul al cărui palpator este în contact cu suprafaţa de măsurat.

 

La toate aceste verificări, indicatorul comparatorului trebuie să revină, după îndepărtarea „elementului pertur­bator” la valoarea prereglată.

c. Tija comparatorului trebuie să fie perpendiculară pe suprafaţa de verificat, în două planuri perpendiculare;

d. Măsurările trebuie să se facă la o preîncărcare minimă a arcului (în zona de liniaritate a caracteristicii acestuia). Se va ţine cont de plaja posibilă de variaţie a abaterii măsurate;

e. La comparatoarele cu pârghie (tijă reglabilă) tija trebuie să fie la 0° sau la 90°; valori intermediare ale poziţiei tijei introduc erori (proiecţia vectorului eroare pe o direcţie perpendiculară pe suprafaţa de măsurat);

f. La verificarea unor suprafeţe cu erori micro/macrogeometrice, care pot influenţa rezultatul verificării (rugozitate, ondulaţii, lovituri/deformaţii locale etc), între palpatorul tijei şi suprafaţă se foloseşte o cală plan-paralelă (aceeaşi pe toată durata verificării);

g. Trebuie respectate regulile de verificare me-trologică a comparatorului, indiferent de tipul acestuia.

 

3 CALE PLAN-PARALELE

a. Înainte de utilizare ele trebuie să fie bine curăţate, să nu aibă urme de rugină, lovituri etc;

b. După utilizare ele trebuie să fie protejate cu vaselină neutră (siliconică), curată, fără apă etc;

c. Cel mai bun mijloc de curăţare este mâna, cu condiţia ca aceasta să fie curată;

d. La realizarea (compunerea) blocului de cale se recomandă utilizarea unui număr minim de cale;

e. Regula de construcţie a unui bloc de cale (deşi presupun că aceasta este foarte bine ştiută, îmi permit s-o prezint şi aici).

 

 Exemplu: Trebuie măsurată cota 35,236mm (fie aceasta este „cota zero” sau referinţă pentru verificarea variaţiei cu un comparator cu cadran, fie trebuie etalonat un pasametru pentru verificarea unui arbore):

  • se începe cu cala cea mai mică având ultima cifră însemnătoare egală cu ultima cifră însemnătoare a cotei de măsurat; acesta este 1,006mm
  • se adaugă cala cea mai mică cu a doua cifră însemnătoare după virgulă egală cu a doua cifră însemnătoare, de la dreapta la stânga, a cotei de măsurat; aceasta este 1,03mm
  • se continuă cu cala cea mai mică cu prima cifră însemnătoare după virgulă egală cu prima cifră însemnătoare după virgulă a cotei de măsurat; aceasta este 1,2mm
  • suma acestor cale va fi 1,006+1,03+1,2=3,236mm

Următoarele cale alese din trusa de cale vor fi: 2mm şi 30mm.

În total se obţine un bloc de cale cu înălţimea/grosimea de 3,236+2+30=35,236mm

 

 f. Se recomandă ca blocul de cale

  • să fie manipulat cu un cleşte special (din lemn moale) sau cu mănuşi de bumbac curate;
  • calele să fie menţinute, împreună cu aparatul de etalonat şi cu obiectul de verificat/măsurat, la aceeaşi temperatură min. 4-8 ore (în funcţie de masa piesei);
  • menţinerea un timp mai îndelungat în mână a calelor, chiar şi numai în perioada de cali­brare a altor aparate, conduce la obţinerea unor rezultate eronate. De reţinut faptul că temperatura corpului uman (şi a mâinii) este de cca. 37°C, iar coeficientul de dilatare termică a blocului de cale (din oţel) este de 10,5-11,5μm/m,°C. Acestea sunt cauza multor erori de măsurare;

g. Trebuie respectate regulile de verificare metrologică.

 

4 DORN DE VERIFICARE

Ţinând cont de erorile proprii ale dornului de verificare:

  • abatere de formă: circularitate, cilindricitate;
  • abatere de poziţie: coaxialitatea dintre suprafaţa de prindere/fixare şi cea activă (utilizată pentru a materializa o axă, o direcţie), o verificare corectă cu dornul se face (în cel puţin) două faze:
  • cu dornul fixat în orice poziţie
  • cu dornul rotit cu 180° faţă de prima poziţie (mai rar în patru poziţii la 90° una faţă de alta).

Se consemnează la fiecare măsurare abaterile, iar eroarea obiectului de măsurat va fi egală cu media citirilor.

 

ATENŢIE: Trebuie luat în considerare şi sensul abaterilor!

Sfaturi utile:

a. După utilizare, dornurile se curăţă atent şi se protejează cu vaselină neutră (siliconică), pe toate suprafeţele;

b. Dornurile trebuie păstrate pe rastele de lemn moale, în poziţie verticală sau, cel mult, înclinate la 15° faţă de verticală;

c. Periodic trebuie verificată coaxialitatea dintre suprafaţa de fixare şi cea activă (între vârfuri, ca bătaie radială) şi cilindricitatea zonei active.

 

5 RIGLA DE VERIFICARE

Pentru a elimina erorile proprii (în special paralelismul dintre suprafaţa activă şi cea de reazem) se recomandă efectuarea verificărilor astfel:

a. Se utilizează oricare din suprafeţele active şi se realizează alinierea riglei în conformitate cu procedura (metoda) de lucru corespunzătoare;

b. Se repetă verificarea, utilizând aceeaşi suprafaţă activă (menţinând sistemul de rezemare anterior), dar se inversează poziţia capetelor riglei;

c. Se roteşte rigla cu 180° (se utilizează cealaltă faţă activă) şi se repetă verificarea;

d. Se roteşte rigla cu capetele în poziţia iniţilă şi se repetă verificarea.

Rezultă un set de două sau patru verificări.

Rezultatul consemnat al verificării va fi media aritmetică a celor două/patru seturi de măsurări. În toate cazurile trebuie să se ţină seama de sensul abaterilor.

 

NOTĂ: Sensul abaterii consemnate va fi foarte util la evaluarea maşinii-unelte (sau a piesei, ansamblului verificat), în special dacă, în conformitate cu documentaţia tehnică, se impune ca abaterea să fie orientată numai într-un anumit sens.

La orice verificare, rezemarea se face în punctele Airy (la 2/9 din capetele lungimii active a riglei, indiferent pe ce lungime se face măsurarea). Dacă suprafeţele active sunt finisate prin răzuire, eliminarea „accidentelor” microgeometrice se face prin interpunerea între palpatorul comparatorului şi suprafaţa activă a riglei a unei cale plan-paralele, aceeaşi pe tot parcursul verificării.

 

e. Pentru corectitudinea rezultatelor verificărilor se recomandă evitarea unei zone de cca. 6mm de la capetele oricărei rigle de verificare (din cauza unor erori de prelucrare dinamice, greu sau imposibil de evitat).

 

Sfaturi utile:

a. păstrarea riglelor: ele trebuie să fie curate, să fie protejate cu un strat subţire de ulei/vaselină neutră, rezemate fie pe punctele Airy, fie agăţate, fie rezemate înclinat la max.15° faţă de verticală;

b. verificarea riglelor:

  • înainte de utilizare se aşază rigla pe o masă de verificare şi, la apăsarea pe capete sau pe marginile feţei active, ea nu trebuie să oscileze;
  • periodic (sau conform normelor metrologice/procedurilor) se verifică parametrii toleraţi şi, dacă este nevoie, se corectează erorile;

 

c. după orice verificare internă/metrologică trebuie elaborat un certificat de calitate (sau un document echivalent), din care să rezulte, cel puţin, erorile de rectilinitate ale suprafeţelor active şi de paralelism ale acestora.

 

6 ECHER DE VERIFICARE

Pentru o măsurare precisă, corectă a maşinii-unelte se recomandă efectuarea verificării cu echerul (indifferent dacă acesta este cu talpă/braţe sau cilindric) în două poziţii, cu întoarcere la 180°.

a. Eroarea maşinii-unelte va fi egală cu semisuma citirilor cu echerul în cele două poziţii;

b. Eroarea de perpendicularitate a echerului este egală cu semidiferenţa citirilor cu echerul în cele două poziţii;

 

NOTA: La verificarea cu echerul trebuie să se ţină seama de sensul, orientarea abaterii, în mod special atunci când în documentaţia tehnică se admite ca abaterea să fie orientată doar într-un anumit sens (de exemplu doar în sus).

 

Sfaturi utile:

a. la verificarea cu un echer cilindric este mai corectă(şi mai precisă) verificarea cu un comparator plan (cu palpator taler), sau se poate desface extremitatea sferică a tijei palpatorului comparatorului;

b. păstrarea echerelor

  • ele trebuie să fie curăţate după fiecare utilizare şi apoi să fie protejate cu ulei/vaselină neutră (siliconică);
  • ele se păstrează în poziţie verticală şi, dacă este posibil, în cutii de lemn speciale;

c. a se feri echerele de lovituri, în mod special suprafaţa de rezemare: orice denivelare produsă pe aceasta afectează mult (înrăutăţeşte) rezultatul verificării.


 BIBLIOGRAFIE

1. SR ISO 230-1 COD DE VERIFICARE PENTRU MASINI UNELTE-Partea 1: Precizia geometrică a maşinilor funcţionând în gol sau în condiţii de finisare

2. ISO 3070-3 Test conditions for boring and milling machines with horizontal spindle-Testing of the accuracy-Part 3: Floor type machines with detached, stationary work-holding table

3. ASME B5.57-1998 Methods for performance evaluation of computer numerically controlled lathes and machining centers

4. ASME B5.54-2005 Methods for performance evaluation of computer numerically controlled machining centers

5. WANG, Ch; GRIFFIN, B.-Non-contact circular tests using a laser/ball-bar; http//www.optodyne.com/opnew4/tech4.html

6. WANG, Ch.; GRIFFIN, B.; JANECZKO, J.-A vector method for the measurement of positioning errors and straightness errors over a machine work volume; http//www.optodyne.com/opnew4/tech2.html

7. WARREN, Clive-Ball bar calibration; http//www.desktopcnc.com/january03 m.htm

8. KOPPELMANN, Drew-Evaluating machine tools; http//www.qualitydigest.com/jan97/gageguid.html

9. HAMAR, M.R.-Geometry lasers-The best kept secret in machine alignment; http//www.manufacturingcenter.com/tooling/archives/0298/0298tcnt.html

10. *** http//www.micro-epsilon.com-Inteligent laser-optical displacement measurement (CCD System optoNCDT 2000); Non-contact laser-optical displacement measurement (PSD System optoNCDT 1605)

11. www.easylaser.com/www.damalini.com- D640 Machine Tool

12. http://www.hamarlaser.com– Laser systems for geometric alignment L-730/740 series

13. www.renishaw.com – XL-80 Laser system; QC 20-W Wireless ballbar; XR 20-W Rotary axis calibrator

14. www.repairfaq.org/Agilent 5500A He-Ne Lasers

15. ISO 230-2 Test code for machine tools-Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning numerically controlled axes

16. VDI/DGQ 3441 Statistical testing of the operational and positional accuracy of machine tools

17. NMTBA Definition and evaluation of accuracy and repeatability for numerically controlled machine tools

 


 

Corneliu Gornic este inginer, Director Ştiinţific Profex Consult



Accept cookie

Acest site web utilizează module cookie în scopuri funcţionale, de confort şi statistică.

Dacă sunteţi de acord cu această utilizare a modulelor cookie, faceţi clic pe "Da, sunt de acord". Termeni si conditii

Nu sunt de acord Accept doar cookie functional Da, sunt de acord