Menu
Saturday, 26 Maggio 2018

Come evitare scostamenti periodici di forma

Nel mondo della costruzione stampi, un fattore determinante per ottenere un’elevata qualità superficiale è sicuramente la tecnologia di misura impiegata. Ecco i risultati delle analisi eseguite da HEIDENHAIN.

di Giovanni Sensini

Aprile 2018

Nel settore delle macchine utensili, e in particolare della costruzione di stampi, si punta spesso a ottenere superfici perfette. Se già la fresatura fornisce una qualità superficiale elevata, è possibile evitare costi aggiuntivi dovuti, ad esempio, alla lucidatura manuale. Un fattore determinante per un ottimo risultato di fresatura è sicuramente la tecnologia di misura impiegata. Oltre ai sistemi di misura lineari e angolari, i trasduttori rotativi nei servomotori degli assi di avanzamento di macchine utensili hanno un’influenza determinante sulla qualità delle superfici fresate.
Analisi eseguite da HEIDENHAIN dimostrano che, insieme ad altri fattori, l’errore di interpolazione dei sistemi di misura degli assi può essere responsabile degli errori di forma indesiderati e periodici sulla superficie del pezzo. L’occhio umano reagisce con particolare sensibilità a tali errori. Sono chiaramente identificabili con una lunghezza d’onda compresa tra 0,5 e 5 mm. Sono visibili come ombre od oscillazioni di contrasto e comportano prolungate e costose operazioni di ripassatura, soprattutto nella costruzione di stampi.

Effetti degli errori periodici del sistema di misura
La costruzione di stampi necessita di pezzi dalle geometrie sempre più complesse, la cui produzione richiede tutte le combinazioni possibili di movimenti degli assi per la lavorazione a 5 assi (Figura 1). Se si realizza ad esempio una superficie inclinata o curva con l’interpolazione di diversi assi NC, gli errori di interpolazione sono direttamente visibili sul pezzo.
Tale correlazione risulta particolarmente evidente quando si lavora una superficie inclinata con un angolo ridotto. L’errore di interpolazione all’interno di un periodo del segnale del sistema di misura in direzione Z può risultare visibile mediante proiezione sulla superficie inclinata del pezzo (Figura 2). A causa dell’inclinazione si definisce un’estensione pari a n volte il periodo del segnale nella traiettoria dell’utensile. Mentre l’asse in direzione Z trasla soltanto di un periodo del segnale, l’asse X si sposta di n volte di più. Sullo smusso del pezzo si forma quindi un’onda con una lunghezza che corrisponde a n volte il periodo del segnale del sistema di misura sull’asse Z.

Configurazione di prova
La configurazione di un asse di avanzamento lineare controllato comprende di norma un servomotore, una vite a ricircolo di sfere, la struttura dell’asse e la tecnologia di misura. La posizione della struttura dell’asse è determinata da un sistema di misura lineare. Il trasduttore rotativo del servomotore fornisce il segnale del valore reale per la regolazione della velocità. Sia i sistemi di misura lineari sia i trasduttori rotativi presentano errori di interpolazione. I risultati dell’analisi illustrati di seguito derivano dalle diverse tipologie del trasduttore rotativo nel servomotore dell’asse Z, impiegando trasduttori rotativi con errori di interpolazione di grandezze differenti. Per le analisi si utilizza una macchina utensile per la costruzione stampi di elevata qualità, dotata in tutti gli assi lineari di sistemi di misura lineari HEIDENHAIN con un errore di interpolazione nettamente inferiore a ±100 nm, senza causare alcuna onda superficiale visibile. Gli errori di forma misurati nella prova sono quindi da ricondurre all’influenza degli errori di interpolazione dei due diversi trasduttori rotativi. Per poter separare gli effetti del processo di lavorazione e del movimento del Tool Center Point, prima di procedere alla lavorazione viene determinato lo scostamento di traiettoria sul Tool Center Point utilizzando il sistema di calibrazione KGM di HEIDENHAIN. Il sistema di calibrazione consente di rilevare in assenza di contatto gli scostamenti di traiettoria tra Tool Center Point e tavola della macchina nel piano dei due assi di avanzamento spostati (Figura 3). L’analisi è focalizzata sull’asse Z sul quale viene cambiato il trasduttore rotativo del servomotore. Sono qui impiegati due trasduttori rotativi compatibili con 2048 linee ciascuno sul disco graduato. Il trasduttore rotativo 1 presenta tuttavia un errore di interpolazione di 3 volte maggiore rispetto a quello dell’asse rotativo 2.

Possibili errori di forma visibili secondo il test
Un errore a ricorrenza periodica sull’intera corsa utile presenta una frequenza crescente all’aumentare della velocità di traslazione della testina di scansione. Questo significa che la frequenza dell’errore di interpolazione dipende dalla velocità di avanzamento. Se la frequenza dell’errore di interpolazione del trasduttore rotativo supera la frequenza limite del loop di posizione (velocità di avanzamento più elevata), occorre tenere presente una maggiore occorrenza di tale errore di interpolazione nel Tool Center Point.
La Figura 4 mostra i risultati di misura del trasduttore rotativo 1 con errore di interpolazione maggiore per le due diverse velocità di contornitura. Le curve di misura mostrano che con una velocità di avanzamento impostata di 4.000 mm/min si verificano scostamenti di traiettoria a onde in direzione Z. Ingrandendo la sezione della curva è possibile leggere una lunghezza d’onda di 1,5 mm circa. Questo corrisponde a una deviazione di traiettoria sul Tool Center Point, che viene raffigurata sulla superficie del pezzo come onda regolare e quindi si trova nel campo ben visibile per l’occhio umano. La Figura 5 illustra i risultati di misura del trasduttore rotativo 2 in condizioni invariate. Sulla base dell’errore di interpolazione inferiore del fattore 3 non si verificano onde sovrapposte. Gli errori di misura del trasduttore rotativo nel servomotore dell’asse Z sono così ridotti che non viene causata alcuna deviazione di traiettoria periodica riconoscibile tra Tool Center Point e tavola della macchina.

Test pratico a conferma dei risultati della prova
Un pezzo in alluminio fresato attesta che tali osservazioni teoriche si applicano anche ai movimenti relativi tra utensile e pezzo ossia alla superficie finita. Con una fresa PKD a due taglienti del diametro di 6 mm viene eseguito uno smusso di 60 mm di larghezza e 0,4 mm di altezza utilizzando il trasduttore rotativo 1 e il trasduttore rotativo 2. Per realizzare il piano inclinato il pezzo viene fresato con multipassata concorde in direzione Y. La velocità di avanzamento impostata è di 4.000 mm/min. L’errore di interpolazione del trasduttore rotativo 1 causa onde della lunghezza di 1,5 mm circa, che si evidenziano in ombreggiature indesiderate. Gli scostamenti di traiettoria precedentemente determinati con il sistema di calibrazione comportano una qualità superficiale del pezzo visibilmente inferiore. Il passaggio al trasduttore rotativo 2 con errore di interpolazione inferiore di 3 volte - in condizioni invariate - comporta un netto miglioramento della qualità superficiale (Figura 6). Grazie all’inferiore errore di interpolazione del trasduttore rotativo non sono visibili onde superficiali regolari.

Lascia un commento

Make sure you enter all the required information, indicated by an asterisk (*). HTML code is not allowed.

Torna in alto

Comunicazione tecnica per l'industria