Verificarea mașinilor-unelte (XVI). Efectuarea măsurărilor și interpretarea rezultatelor

Masini-Unelte

de Corneliu Gornic

Verificarea mașinilor-unelte (XVI). Efectuarea măsurărilor și interpretarea rezultatelor

La efectuarea  măsurărilor, la verificarea maşinilor-unelte, a ansamblurilor componente sau a pieselor prelucrate pe maşinile-unelte pot apărea o serie de probleme, după cum am arătat în numărul precedent al T&T. În acest număr vom continua prezentarea acestora în cadrul altor tipuri de verificări.

 

  1. Alte tipuri de verificări

 

a) Precizia de poziţionare

La maşinile-unelte cu comandă numerică, după montarea  finală, se verifică precizia de poziţionare în gol, adică în lipsa prelucrării prin aşchiere. În funcţie de tipul maşinii-unelte sau de echiparea acesteia, pot fi axe comandate numeric cu deplasare liniară (axe liniare) sau cu deplasare de rotaţie (rotaţie completă şi multiplă, sau oscilaţie) (axe de rotaţie). Definirea parametrilor, condiţiile şi mijloacele de efectuare a măsurărilor, de calculare/evaluare a parametrilor caracteristici sunt reglementate prin standarde general acceptate în lumea maşinilor-unelte şi anume (SR)ISO 230-2 şi VDI/DGQ 3441 [15,16]. Acestea se referă atât la verificarea preciziei de poziţionare liniare, cât şi circulare.

Mai există un standard-NMTBA[17] - care reglementează problemele legate de evaluarea parametrilor preciziei de poziţionare. El este agreat în SUA, Japonia etc, dar poate fi agreat şi de către alţii. Acest standard este mai riguros în ceea ce priveşte condiţiile de mediu (se presupune  o temperatură de 20⁰C în timpul efectuării verificărilor), iar numărul de verificări (repetări) pentru fiecare punct este de 7(şapte).

Trebuie să fac două remarci care pot rezolva multe controverse între producătorii şi beneficiarii de maşini-unelte cu comandă numerică:

  • toate  standardele mai sus menţionate prezintă metodele de verificare generale pentru maşini-unelte cu comandă numerică. Din experienţă rezultă că, din cauza variaţiei condiţiilor de mediu şi a comportării diferite a maşinii-unelte şi a aparaturii de măsurare (interferometru cu laser), respectiv inerţii termice total diferite, maşinile-unelte grele la care cursele sunt de ordinul câtorva metri, prezintă erori  care nu sunt proprii maşinii, ci se datoresc cauzelor de mai sus. Standardul ISO 230-2 este singurul care ia în considerare acest fapt şi prezintă pentru curse mai mari de 2m o metodă de verificare diferită. Este recomandabil ca atât producătorul cât şi beneficiarul să ştie despre ce este vorba şi să procedeze în consecinţă la precizările din contract.
  • în standardele menţionate se specifică doar cele menţionate mai sus. Nu se precizează nimic privitor la valorile admise ale mărimilor caracteristice. Acestea se convin între beneficiar şi producător. Beneficiarul trebuie să ştie, în plus, faptul că a pretinde performanţe superioare (erori mai mici) înseamnă costuri/preţuri mai mari pentru maşină, iar el trebuie să asigure un minimum de condiţii ale mediului în care va funcţiona maşina (doi sunt parametrii esenţiali: variaţia temperaturii mediului şi curenţii de aer). Pentru a „se proteja” producătorul trebuie să ştie, la rândul lui „ce poate” şi „în ce condiţii”. Ori toate acestea înseamnă muncă, încercări, modificări, îmbunătăţiri, sau, într-un cuvânt, CERCETARE/DEZVOLTARE! 

 

NOTĂ: Standardele ISO 3070-3[2] şi cel din aceeaşi  serie şi anume ISO 3070-4 sunt, dacă nu singurele, atunci printre foarte puţinele norme care dau indicaţii privind nivelele recomandate ale parametrilor definitorii ai preciziei de poziţionare, dar până la lungimi de curse de până la 2m doar! 

Oricum, problema parametrilor de estimare a preciziei de poziţionare şi a valorilor admisibile ale acestora trebuie să fie obiect de negociere producător-beneficiar. 

 

b) Măsurarea temperaturii

Aceasta se face cu traductoare de temperatură cu contact. Se măsoară temperaturile: uleiului de ungere a rulmenţilor arborelui principal, temperaturile în diverse locuri pe carcasa arborelui principal, temperatura mediului din spaţiul în care este amplasată maşina-unealtă  şi, îndeosebi, dacă este posibil, direct pe inelele exterioare ale rulmenţilor arborelui principal. Alte puncte de măsurare se consideră  numai  în cazuri deosebite (reductoare de turaţie, şuruburi cu bile etc). În funcţie de maşina-unealtă, de problemele care apar pe parcursul realizării acesteia se stabilesc şi condiţiile în care se măsoară temperaturile: locuri, regimuri de funcţionare, intervale de măsurare, modul de prezentare a rezultatelor etc.

 

c) Măsurări energetice

Acestea se referă la măsurarea consumurilor de putere, a momentelor rezistente ale diferitelor sisteme de acţionare: acţionarea principală, acţionarea avansurilor, alte sisteme de acţionare (pompe hidraulice, magazine de scule etc).Verificările de acest tip au ca scop: verificarea concepţiei (proiectului), a calităţii execuţiei componentelor şi a montajului. Condiţiile de verificare, modalitatea de prezentare a rezultatelor etc se stabilesc prin programe de verificări sau pe baza procedurilor specifice.  Aparatura utilizată este descrisă în respectivele proceduri, sau se pot utiliza posibilităţile echipamentului de comandă numerică (dacă maşina-unealtă este dotată cu un astfel de echipament).

 

d) Măsurarea zgomotului şi vibraţiilor

Nivelul de zgomot face parte din parametrii de evaluare a protecţiei operatorilor şi a mediului. El este, de asemenea, un estimator al întregului potenţial al firmei producătoare: concepţie, execuţie, montaj. Măsurarea nivelului de zgomot se face cu aparatură specializată (sonometre), echipate cu diverse accesorii, care permit analiza zgomotului din raţiuni ergonomice (domenii de frecvenţă cu impact negativ mai sever asupra organismului uman) sau pentru depistarea unor surse dominante de zgomot, în vederea atenuării influenţei negative, a remedierii defecţiunii (în proiect, în execuţie sau montaj). Procedura de măsurare este reglementată prin standarde specifice, elaborate în cadrul ISO sau al UE, care pot fi adoptate de firma producătoare de maşini-unelte prin proceduri specifice. Parametrii de evaluare a zgomotului şi nivelul (valorile acestora) se stabilesc prin norme de firmă, care trebuie să fie puse de acord cu legislaţia de protecţie a muncii în vigoare la utilizator. Aceşti parametri pot fi incluşi în rândul clauzelor contractuale. Condiţiile de efectuare a măsurării nivelului de zgomot se convin, de asemenea, în contract.

Măsurarea vibraţiilor se face, de obicei (la o firmă producătoare de maşini-unelte) atunci când apar probleme: zgomot anormal, vibraţii în anumite zone sau la anumite regimuri de funcţionare, la utilizarea anumitor scule sau dispozitive etc. Aceasta se face cu aparatură specializată şi personal calificat în acest sens. În cazuri speciale, parametrii definitorii şi nivelele (valorile) acestora pot fi conveniţi în contractele de livrare.

 

e) Verificarea condiţiilor de securitate

Acestea se referă la:

  • securitatea operatorului (şi a altor persoane care ar putea fi în zona maşinii-unelte, sau care se ocupă de întreţinerea şi repararea acesteia);
  • securitatea mediului şi a maşinii.

 

Singurele standarde obligatorii la ora actuală sunt cele referitoare la securitatea operatorului şi a mediului. Aceste standarde sunt valabile la nivelul UE şi sunt adoptate de către fiecare ţară membră. Pentru beneficiari din alte zone trebuie avute în vedere reglementările specifice. Toate condiţiile privind securitatea pe care trebuie să le satisfacă maşina se includ în contractul de livrare. Uneori, aceste clauze se negociază la încheierea contractului.

Modul de includere a măsurilor de siguranţă în structura maşinii-unelte, modul de verificare a corespondenţei măsurilor de siguranţă prevăzute cu cele realizate se specifică în proceduri speciale. Acestea trebuie să aibă şi avizul/aprobarea beneficiarului.

 

f) Verificarea siguranţei în funcţionare

Acest tip de verificare este aplicabil doar maşinilor-unelte cu comandă numerică (indiferent de tipul şi complexitatea acestuia). În principiu,producătorul/furnizorul maşinii-unelte trebuie să demonstreze beneficiarului că sistemul – maşina-unealtă cu comandă numerică - funcţionează sigur, protejând operatorul şi maşina de accidente, oferind toate posibilităţile de reglare a funcţionării maşinii (prin programarea funcţiilor specifice), în întregul spaţiu de lucru.

În acest scop se elaborează un program de comandă a maşinii-unelte, care va funcţiona în gol (fără a prelucra vreo piesă) şi care va include, cel puţin următoarele :

  • Deplasarea tuturor ansamblurilor mobile, pe întregul domeniu al curselor, cu cel puţin trei viteze de avans (dacă acesta este reglabil), incluzând valori în apropierea celor maxime şi minime şi o valoare intermediară;
  • Rotirea arborelui principal la turaţii pe întregul domeniu de reglare (cel puţin trei valori distincte în fiecare gamă de reglare a vitezelor), în ambele sensuri de rotire;
  • Oprirea pe limitatorii de cap de cursă (hard sau soft) pe toate axele comandate numeric şi semnalizarea acestei situaţii (mesaj de eroare pe panoul de diagnoză), necesitând intervenţia operatorului;
  • Se includ în program toate funcţiile programabile, cum ar fi: - pornirea/oprirea instalaţiilor auxiliare - transportor de şpan, sistemul de răcire a sculei, instalaţia de iluminat, deschiderea/închiderea uşilor de acces în spaţiul de lucru (cu includerea alarmelor respective); - schimbarea automată a sculelor şi/sau accesoriilor; - STOP programat cu semnalizarea de rigoare (mesaj pe panoul de diagnoză) etc.

 

Structura (conţinutul) programului este propus de către producător şi se aprobă/avizează de către beneficiar. Programul se realizează sub forma unei bucle, care va permite rularea multiplă a programului pe toată durata convenită a testului. La rândul ei, durata acestei verificări este de minimum 8(opt) ore, cu participarea reprezentanţilor producătorului şi beneficiarului. În timpul acestui test se acceptă întreruperi cauzate de înlocuirea siguranţelor arse, cu durată maximă convenită. Între beneficiar şi producător se pot conveni şi alte detalii privind desfăşurarea şi acceptarea  acestui test.

Trebuie să precizez faptul că acest test este precedat de verificare prin comandă manuală a tuturor funcţiilor programabile.

Toate rezultatele, inclusiv alte informaţii (data, operatorul/participanţi, condiţii de mediu etc) se înscriu în rapoarte de verificare elaborate de producător şi acceptate de către beneficiar.

 

g) Verificări în aşchiere

Aproape în totalitate maşina-unealtă este verificată la mersul în gol, adică fără a aşchia. Scopul oricărei maşini-unelte este de a produce piese de diferite forme prin îndepărtarea de material, deci prin aşchiere. În general, regimurile de prelucrare pot fi intense (de degroşare) sau de finisare. O maşină-unealtă universală trebuie verificată în ambele situaţii. Sunt concepute două tipuri de verificări:

  • Verificare prin prelucrarea unei piese de probă în regim de finisare. Forma, tipurile de suprafeţe prelucrate, condiţiile impuse, materialul piesei etc depind de tipul maşinii, de interesul beneficiarului sau de standardul de verificare a preciziei tipului de maşină respectiv. Toate datele referitoare la piesa de probă se înscriu într-o fişă, în care se completează şi parametrii reali ai probei şi rezultatele verificării.
  • Verificare prin prelucrare la puterea nominală a motorului de acţionare principal.

Trebuie făcute următoarele observaţii:

- efectuarea acestei probe necesită fixarea sigură a maşinii unelte pe fundaţie;

- acest tip de verificare nu se face la maşinile de rectificat. La aceste maşini puterea motorului este necesară, în primul rând, antrenării pietrei de rectificare.

 

Ca şi în cazul altor verificări, producătorul trebuie să pregătească o fişă în care să se specifice: materialul de prelucrat, tipul de prelucrare, scula utilizată, modul de încărcare progresivă a maşinii până la atingerea unui consum de putere egal cu minimum 90% din puterea nominală a motorului de acţionare principal, durata solicitării maşinii la acea putere, modul de fixare a piesei etc. În aceeaşi fişă se consemnează rezultatele probei, inclusiv apariţia unor eventuale anomalii (vibraţii, zgomote anormale şi cauzele acestora etc).

La maşinile cu comandă numerică mai este posibilă şi o altă verificare prin prelucrare: prelucrarea de performanţă, care constă în prelucrarea unei piese din programul de fabricaţie al beneficiarului. În acest scop:

  • beneficiarul pune la dispoziţia producătorului toată documentaţia de execuţie necesară pentru prelucrarea piesei respective, incluzând: materialul, duritatea,condiţii de precizie dimensională, de formă şi poziţie, rugozităţi şi, evident, toate cotele necesare;
  • producătorul elaborează întreaga tehnologie de prelucrare, care trebuie să includă: modul de fixare pe maşină şi mijloacele necesare în acest scop; sculele necesare şi eventuale accesorii; regimurile de prelucrare, deplasările necesare şi ordinea acestora se materializează printr-un program de comandă a maşinii. Uneori i se cere producătorului să elaboreze şi tehnologia(iile) de verificare.

 

La această probă se urmăresc atât precizia de prelucrare, cât şi timpul de prelucrare. Aceste mărimi se convin şi se menţionează ca parametri de control (de performanţă) în protocolul de recepţie a maşinii. În marea majoritate a cazurilor, acest tip de verificare se face doar la beneficiar, cu maşina fixată solid pe fundaţie. Un argument suplimentar ar fi şi faptul că beneficiarul are pregătite (cel puţin teoretic) şi mijloacele şi metodele de verificare a piesei de performanţă.

O serie de detalii trebuie convenite, de asemenea între producător şi beneficiar: cine asigură echiparea maşinii (scule aşchietoare, dispozitive de fixare sau de prelucrare), cine asigură semifabricatul (şi, eventual, în câte exemplare), cine suportă costurile de pregătire tehnologică (inclusiv elaborarea tehnologiei de prelucrare şi a programului de prelucrare) etc.

La maşinile-unelte speciale (agregat, linii automate), piesa de probă este cea pentru care a fost concepută şi echipată maşina/linia. Producătorul trebuie să asigure atât precizia de prelucrare, cât şi productivitatea garantată în contract, cu condiţia ca semifabricatele să fie realizate în parametrii conveniţi (sau stabiliţi prin probe comune): formă, prelucrări prealabile, duritate, abateri etc. Se poate conveni (dacă este cazul): câte piese pot fi „sacrificate” până la atingerea parametrilor contractuali, câte rebuturi se admit (dacă!) procentual etc.

 

h) Alte clauze contractuale

Contractul  de vânzare-cumpărare poate cuprinde foarte multe condiţii referitoare la maşină (ca de exemplu: culoare şi textură, modul de ambalare şi de transport, echipamente auxiliare, setul de piese de schimb de primă dotare, elemente de design industrial, elemente constructive pentru amenajarea spaţiului de lucru al maşinii etc). Toate condiţiile specificate în contract şi agreate de către părţi trebuie să fie verificate şi consemnate în proceduri şi formulare specifice, elaborate de către producător şi acceptate de către beneficiar.

Modul în care se evaluează maşina-unealtă în urma acestor verificări va fi prezentat în ultimul episod al acestui serial.

NOTA: Pe parcursul acestui articol serial am prezentat probleme legate de VERIFICAREA maşinilor-unelte. În practica producătorilor de maşini-unelte,a institutelor de maşini-unelte (unde există astfel de organizaţii), pentru investigaţii (mult) mai detaliate şi aprofundate, maşina-unealtă este supusă unor ÎNCERCĂRI (teste) specifice sau dedicate evidenţierii unui/unor moduri de comportare, sau CERCETĂRII. Această din urmă activitate are ca scop investigarea detaliată a modului de comportare a maşinii sub influenţa variaţiei diverşilor parametri de solicitare, de colectare de date pentru îmbunătăţirea concepţiei maşinii, a execuţiei şi reglajelor. Cercetarea trebuie, pe de altă parte, să ofere informaţii utile departamentelor de concepţie referitoare la soluţii tehnice noi, la limitele de performanţă ale maşinii etc. Aceste probleme nu au fost abordate în cadrul acestui serial.   


Corneliu Gornic este inginer, Director Științific Profex Consult


BIBLIGRAFIE

1.SR ISO 230-1 COD DE VERIFICARE PENTRU MAȘINI-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