Precizia maşinii-unelte, o problemă de mentenanţă?

Etimologic, termenul a fost asimilat din limba franceză: maintenir = a conserva, a menţine şi maintenance = menţinere. Până nu demult, dar şi acum, activităţile legate de mentenanţă (denumită, până relativ recent, întreţinere) se realizau în două situaţii: conform planificării (pe baza experienţei sau a statisticilor, conform specificaţiilor din carte a maşinii) sau în caz de avarie.

Ambele situaţii prezintă o serie de dezavantaje:

• se înlocuiau componente chiar dacă starea lor funcţională era, încă, bună;
• aveau loc întreruperi accidentale ale funcţionării, cu efecte asupra producţiei planificate sau contractate;
• puteau avea loc accidente. Înlăturarea efectelor acestora putea însemna:
• costurimari pentru repararea/înlocuirea şi a altor componente avariate;
• pierderi de producţie neprevăzute, cauzate de întreruperea accidentală a funţionării maşinii-unelte.

În cele ce urmează voi trata doar probleme legate de precizia maşinilor-unelte şi de modul în care precizia  se încadrează în preocupările legate de mentenanţă. Acestora trebuie să li se adauge metode şi mijloace de prevenire a unor situaţii critice, periculoase, prin măsurarea vibraţiilor, a temperaturilor etc.

Competiţia de pe piaţa mondială a prelucrărilor impune îmbunătăţirea performanţelor maşinilor-unelte CNC, pentru a realiza o productivitate mai mare, o calitate mai bună a piesei prelucrate şi timpi morţi mai mici [12].Îmbunătăţirea proceselor de producţie înseamnă o prelucrare cu regimuri de aşchiere mai intense (viteze de aşchiere şi de avans mai mari), controlul proceselor, care să aibă ca efect piese bune 24/24 şi 7/7, cu utilizarea eficientă a utilajelor şi a forţei de muncă. Majoritatea producătorilor de vârf utilizează tehnici de ultimă oră pentru determinarea şi îmbunătăţirea performanţelor maşinilor-unelte. S-au elaborat proceduri şi metode de verificare pentru a oferi certitudine utilizatorului că maşina-unealtă corespunde scopului [3].

Figura 1

Figura 2

Există, încă, opinii conform cărora odată aliniată, reglată o maşină-unealtă ea nu mai trebuie realiniată sau reglată geometric din nou. În exploatarea unei maşini-unelte sunt elemente care pot provoca erori mari de prelucrare, cum ar fi influenţa fenomenelor termice (interne sau externe maşinii). Din acest motiv, se recomandă verificarea (completă şi complexă) a maşinii-unelte cel puţin o dată pe an [2], sau chiar lunar [3]. Din experienţa unor firme de prestigiu şi a autorului rezultă că „nu este pierdere de vreme” verificarea unor parametri de precizie care ar putea influenţa performanţele unei piese de mare importanţă (dimensiuni, condiţii tehnice, durata de realizare/livrare, preţ etc), înainte de prelucrarea propriu-zisă [3].

Înainte de luarea deciziei de a efectua verificări detaliate ale maşinii, trebuie să se pună întrebări, la care trebuie găsite răspunsuri, ca de exemplu:

• se obţine rugozitatea aşteptată;
• poziţia alezajelor prelucrate este corectă şi dacă acestea se prelucrează prin alezare sau prin interpolare;
• reglarea poziţiei piesei se face utilizând adaosuri;
• piese bune se obţin doar pe o anumită maşină şi doar cu un anumit operator etc.

Pe baza rezultatelor obţinute, specialiştii pot stabili cauzele unor erori, se poate stabili dacă erorile se pot corecta cu forţe proprii (oameni, cunoştinţe, aparatură, dispozitive), sau trebuie să se apeleze la firme specializate [14].

Specialiştii din diverse domenii constată faptul că mici variaţii ale parametrilor de precizie ai pieselor prelucrate pot avea o influenţă semnificativă asupra funcţionalităţii acestora. Din acest motiv, proiectanţii prevăd condiţii de precizie tot mai severe (abateri admise tot mai mici). De multe ori, acest lucru implică obţinerea rapidă a rezultatelor, prin efectuarea verificărilor în secţia de producţie [4], ceea ce ridică şi mai mult ştacheta privitoare la precizia maşinii-unelte.

La maşinile-unelte mari, în special, la prelucrarea unor piese de gabarit mare, cu suprafeţe de mari dimensiuni, pot apare o serie de erori, care se pot datora unor abateri unghiulare(fig. 1 şi 2) [7,9]. Acestea sunt de o vitală importanţă în cazul meselor rotative sau rotative basculante [10].

Creşterea gradului de complexitate al maşinilor-unelte, inclusiv al sistemelor CNC, oferă noi posibilităţi, dar şi necesită noi aparate şi metode de măsurare.Unele standarde naţionale (ASME B5.54-SUA) sau internaţionale (ISO 230-2) recomandă verificarea preciziei volumetrice, prin măsurarea a patru diagonale ale cubului de lucru, deoarece erorile liniare pe direcţiile diagonale sunt sensibile la erorile de paralelism, de perpendicularitate şi de poziţionare faţă de direcţia axelor de deplasare liniare. Erorile sunt sume vectoriale ale erorilor mai sus amintite, plus erorile de rectilinitate ale deplasări lor în două planuri. Din această cauză măsurarea se numeşte măsurare/metodă vectorială [2, 12, 13]. Pentru efectuarea acestor tipuri de verificări se utilizează tipuri noi de aparatură cu laser [2, 12].Acestea oferă: precizii deosebite (de exemplu sensibilităţi de 0,005‰); verificări în întregul spaţiu de lucru (de ordinul metrilor); durata verificărilor este de ore, faţă de metodele clasice, care implică zile; o serie de reglaje pot fi efectuate live (în timp real).

Determinarea posibilităţilor de prelucrare ale unei maşini, înainte de prelucrarea piesei, reduce potenţiala rebutare, reprelucrare şi a timpilor necesari identificării surselor de erori. Ballbar (cu tijăsau cu laser) măsoară erorile de conturare circulară, pentru orice combinaţie de două axe, convertind datele într-o diagramă polară, care reprezintă deplasarea reală a ansamblurilor maşinii. Rezoluţia este de ordinul a ±5µm. Software-ul sistemului de măsurare calculează eroarea de circularitate, efectuând şi diagnoza sistemului maşină-unealtă-echipament CNC. Se evaluează: eroarea de reglarea amplificării sistemului de servoacţionare, vibraţiile, erori de stick-slip, jocuri de întoarcere, erori ale traductoarelor, erori geometrice (rectilinitatea deplasărilor şi perpendicularitatea deplasărilor) etc. Valorile obţinute permit identificarea surselor de erori, luând în considerare şi ponderea acestora în eroarea totală [1,3].

Rezultatele obţinute în urma verificărilor, indiferent de metodă, pot fi utilizate (dacă sunt abateri sistematice, reproductibile) la compensarea lor prin software-urile cu care sunt dotate echipamentele actuale CNC [3,5]. Pentru a obţine prin prelucrare erori mai mici decât cele specificate în documentaţia de execuţie, trebuie ţinut cont de faptul că, în funcţie de tipul prelucrării, raportul dintre eroarea maşinii şi precizia piesei este între 1,7:1 şi 8,3:1. În medie, se consideră acceptabil un raport între precizia de poziţionare a maşinii şi precizia piesei de 3,3:1, adică eroarea piesei este de 3,3 ori mai mare decât eroarea de poziţionare [5].

Atunci când se constată necesitatea rereglării maşinii-unelte, abordarea acestui set de operaţii trebuie să înceapă cu reglarea orizontalităţii (aducerea ghidajelor maşinii într-un plan orizontal, sau conform specificaţiilor producătorului maşinii). Se elaborează proceduri speciale care indică, în funcţie de tipul maşinii-unelte, de cunoştinţe şi de experienţă, ordinea verificărilor, evaluarea rezultatelor şi măsurile de corecţie (reglaje) [2,3,6,8,11].

Un pas mai departe pentru optimizarea mentenanţei, cu luarea în considerare a unei multitudini de parametri, a fost realizat prin elaborarea unor sisteme de management al mentenanţei [15 - 18]. Acestea pot fi elaborate şi utilizate de firma elaboratoare; pot fi rezultatul unor cercetări sectoriale, pot fi accesate prin reţele informaţionale etc.

Provocările multor tipuri de activităţi, actuale şi viitoare, necesită introducerea unor schimbări în „practica” mentenanţei: aparatură, parametri, practici, cunoştinţe, oameni, sisteme de management şi proceduri etc, în vederea eliminării surprizelor neplăcute, realizarea de produse bune „de prima oară”, realizarea unei producţii previzibile la costuri cât mai mici etc. (Sursă foto: Shutterstock)

Bibliografie:

1. *** Ballbar Calibration; http://www.desctopcnc.com/january03 m.htm

2. KALMAN, Sara-Keeping machines in line; http://www.manufacturingcenter.com/tooling/archives/0303/0303align.asp

3. SOMERVILLE, Leo-Accepting Parts Off Your Machine Tools; http://www.mmsonline/articles/030305.html

4. TABENKIN, Alex-Measuring Part Geometry On The Shop Floor; http://www.mmsonline.com/articles/049602.html

5. OBERG, Erik a.o.-25th Edition Machinery’s Handbook,1996, Industrial Press Inc., New York

6. PRAY, Tim-On-site Laser Measurement Services; http://www.measurementandmachine.com

7. PRAY, Tim-Face Milling – Fly Cutting; http://www.measurementandmachine.com/html/face_milling.html

8. PRAY, Tim-Machine Tool Geometry Makes A Difference; http://www.measurementandmachine.com/html/tune-up.html

9. PRAY, Tim-The Angular Dynamics of Your Machine Tool (Pitch, Yaw, Roll); http://www.measurementandmachine.com/html/angular.html

Corneliu Gornic este Preşedinte PROFEX, Centru de Dezvoltare Tehnologică