METROLOGÍA EN LAS MÁQUINAS HERRAMIENTAS Víctor Hugo Gil Gil Grupo de Trabajo de Metrología Laboratorio de Metrología Dimensional La Metrología es parte fundamental de lo que en los países industrializados se conoce como Infraestructura Nacional de la Calidad, compuesta además por las actividades de: normalización, ensayos, certificación y acreditación, que a su vez son dependientes de las actividades metrológicas que aseguran la exactitud de las mediciones que se efectúan en los ensayos, cuyos resultados son la evidencia para las certificaciones. La metrología permite asegurar la comparabilidad internacional de las mediciones y por tanto la intercambiabilidad de los productos a escala internacional. La metrología dimensional incluye la medición de todas aquellas propiedades que se determinen mediante la unidad de longitud, como por ejemplo distancia, posición, diámetro, redondez, planitud, rugosidad, etc. La longitud es una de las siete magnitudes base del Sistema Internacional de Unidades (SI). La metrología dimensional es básica para la producción en serie y la intercambiabilidad de partes. Las tolerancias dimensionales y geométricas son cada vez más estrictas y complejas. La metrología puede ser una de las claves para garantizar la calidad del producto actual, y bien mirando de cara al futuro competir y marcar diferencias con diferentes mercados. La metrología industrial dimensional ha evolucionado a la par que las exigencias de la industria y el desarrollo de la tecnología, así como también ha evolucionado el diseño y los métodos de fabricación y los componentes que promueven esos diseños. En definitiva, se trata de comprobar que lo que se fabrica está acorde con lo que se diseña. La metrología se usa en muchas actividades industriales. Así, es una tecnología imprescindible en la industria de fabricación metalmecánica, en la industria del automóvil, en la industria aeronáutica; por ejemplo, en esta actividad hay muchas piezas de los aviones de Airbus de las que unas se fabrican en Francia, otras en Alemania o en Getafe o Andalucía y después se llevan todas ellas a Toulouse, que es donde se monta el avión. Pues bien, en este proceso es imprescindible la metrología para medir en origen todas las piezas del avión antes de ensamblarlas en el punto donde está centralizado el montaje del avión. Las máquinas herramientas es decir, los tornos, fresadoras, taladros, cizallas; entre otras, no son máquinas de medir pero se mueven en sistemas tridimensionales cuando trabajan. Las máquinas herramientas juegan un importante papel en el control de calidad. Las herramientas con el tiempo van perdiendo su filo, dejan de cortar adecuadamente, con lo que las piezas podrían salir con medidas y acabados que no se adaptan a lo especificado en el proceso de diseño. Estas maquinas requieren una puesta a punto regularmente ya que con el paso del tiempo pueden adquirir holguras o falta de linealidad.

El primer paso es definir dentro de qué límites se considera que las piezas superan el control de calidad y, segundo, indicar que herramientas se van a emplear para poder efectuar está comprobación. La experiencia demuestra que es imposible fabricar una pieza con una medida exactamente igual a la cota nominal en el plano de diseño. Ello se debe principalmente a que las máquinas empleadas para su construcción no son precisas, el operario tampoco es capaz de fabricar las cosas con absoluta precisión, los aparatos de medida, aunque son muy precisos, no lo son totalmente, ya que dependerá del medio empleado. Así, por ejemplo, no es lo mismo utilizar una cinta métrica que un calibrador o pie de rey para verificar una cota. Por todo ello, en la práctica se suele admitir como medida correcta, ciertas variaciones con respecto a la medida nominal que figuraba en el plano de diseño. Sistemas de medida para la inspección y verificación de máquina herramienta El rendimiento de la máquina herramienta desde el punto de vista del cumplimiento de tolerancias, definición de las superficies, etc., viene esencialmente determinada por la dinámica y la precisión estática de la máquina. Para un mecanizado con precisión es especialmente importante medir y compensar las desviaciones en el movimiento. Normas y estándares para la inspección de la máquina herramienta (ISO 230-2, ISO 230-3 y ISO 230-4, y VDI/DGQ directiva 3441) estipulan un número de métodos de medición para determinar las desviaciones estáticas y dinámicas. La norma americana ANSI/ASME B5.54 [4] considera muchos aspectos de los centros de mecanizado CNC. Se incluyen factores ambientales como el comportamiento térmico del recinto y las vibraciones del suelo, así como ensayos de máquina. Entre los ensayos de máquina se consideran las medidas de histéresis, flexibilidad estática, repetibilidad, precisión geométrica y de posicionamiento, repetibilidad de los subconjuntos y la capacidad de corte. Los parámetros medidos habitualmente en máquinas-herramienta son entre muchos otros, la precisión geométrica, deformaciones térmicas, rigidez estática, comportamiento dinámico y velocidad de desplazamiento. Algunos ensayos de precisión de corte están estandarizados en ISO 10791 y NAS 913. La norma ISO 230-4 también especifica ensayos para la verificación de la precisión en trayectorias circulares. La inspección y verificación convencional de la máquina herramienta ha estado limitada esencialmente a la medición estática de la geometría de la estructura de la máquina sin carga, también a la medición de la precisión del posicionamiento. Debido a que el resultado del mecanizado depende directamente de las desviaciones dinámicas del contorno nominal y de las altas aceleraciones, las piezas mecanizadas son también inspeccionadas para la verificación de la precisión dimensional en orden de extraer conclusiones acerca del comportamiento dinámico de la máquina.

Las mediciones dinámicas, especialmente a altas velocidades de avance, suministra información del comportamiento del mecanizado que permite sacar conclusiones acerca de las condiciones de la máquina y de la configuración del control numérico, accionamientos y sistemas de respuesta de la posición. Las mediciones estáticas, tales como la medición de la desviación de posición de un eje lineal empleando un sistema comparador, permite concluir exclusivamente sobre la precisión geométrica de la máquina. En la actualidad en el diseño y construcción de máquinas herramientas se contempla la instalación de sensores que permitan determinar los errores en tiempo real, cuantificarlos y en lo posible efectuar ajustes automáticos en la máquina herramienta.