Un programa CNC puede haber sido verificado correctamente y, aun así, fallar si la configuración física no se ajusta a los supuestos en los que se basa. La sonda del husillo permite realizar las comprobaciones que vinculan el proceso programado con lo que realmente hay dentro de la máquina.

Por ejemplo: una trayectoria de la herramienta puede ser correcta, la estrategia « CAM » puede optimizarse, el código G puede verificarse comparándolo con un gemelo digital preciso, y cada herramienta puede comprobarse comparándola con la geometría programada…

Y entonces se carga la pieza en bruto equivocada. La pieza puede tener unas dimensiones excesivas, estar girada 90 grados o apoyada sobre una viruta. Es posible que se haya montado un sistema de sujeción incorrecto. Una mordaza del tornillo de banco puede haber agarrado una rosca por delante de la otra. Es posible que se haya establecido un desplazamiento de la pieza mientras aún estaba activa una transformación de coordenadas anterior.

La simulación no puede detectar nada de esto. Verifica el proceso que se le ha proporcionado, partiendo de la hipótesis de que la configuración real coincide con la digital.

Una sonda de husillo comprueba esa hipótesis.

En CloudNC, el sondeo se utiliza en cuatro áreas principales:

1. Comprobación de la configuración antes de iniciar el mecanizado
2. Supervisión del proceso durante la fabricación de las piezas
3. Establecimiento de puntos de referencia y medición de elementos difíciles
4. Comprobación de la calibración de la máquina, especialmente en equipos de cinco ejes

En conjunto, estas comprobaciones reducen el riesgo de colisiones, roturas de herramientas, componentes desechados y largos periodos de inactividad no planificados.

A continuación te explicamos nuestro proceso de investigación con todo detalle:

1. Comprueba la configuración antes de cortar

Un ciclo de comprobación de la configuración debe determinar si la máquina cuenta con el material en stock y los dispositivos de sujeción de piezas.

Dependiendo del trabajo, esto puede incluir comprobar:

• Altura, longitud y anchura de la pieza en bruto
• Orientación sobre acciones
• Dirección del grano del material
• Colocación en el tornillo de banco o en el dispositivo de sujeción
• Altura del tubo ascendente y del accesorio
• Ubicación de Vice
• Orientación de la mandíbula
• Material disponible alrededor del componente terminado

Se trata de comprobaciones sencillas, pero permiten detectar una amplia variedad de errores prácticos.

Producto incorrecto y orientación incorrecta

Un operario puede seleccionar una pieza en bruto destinada a otra pieza, o colocar una pieza en bruto rectangular con una orientación incorrecta. El material también puede llegar con dimensiones excesivas, insuficientes o con cortes irregulares.

En el caso de los componentes aeroespaciales, la orientación del grano del material también puede ser fundamental. Una forma de reducir el riesgo consiste en especificar dimensiones asimétricas para los lingotes, de modo que la pieza en bruto no pueda colocarse fácilmente en la dirección incorrecta. A continuación, se comprueba mediante sondaje que se cumplen las dimensiones previstas.

Esto crea dos niveles de protección: el soporte está diseñado para guiar la carga correcta, y la máquina comprueba que la carga sea correcta antes de que comience el corte.

Errores de posicionamiento y de sujeción de piezas

La pieza adecuada puede estar, aun así, en el lugar equivocado.

Algunas piezas se colocan deliberadamente alejadas del centro del tornillo de banco debido al recorrido de la máquina, a un borde preparado, a una sección en voladizo o a una configuración de varias piezas. La rutina de palpado debe verificar la ubicación prevista, en lugar de dar por sentado que cada lingote debe estar centrado con respecto a lo programado.

También hay causas menos evidentes de error posicional.

Las mordazas autocentrantes de los tornillos de banco solo se centran automáticamente cuando ambas mordazas encajan correctamente. Si un lado se adelanta un paso de rosca respecto al otro, el tornillo de banco puede sujetar con firmeza, pero desplazando la pieza en bruto un milímetro o más.

Una pieza en bruto también puede deslizarse hacia arriba por una mordaza, caer en un escalón o quedarse atascada en restos de material. Si la pieza se ha cortado en ángulo, apretar el tornillo de banco puede hacer que se incline. Esto modifica la posición de la pieza tanto en el eje Z como en el eje horizontal.

Es posible que, a simple vista, la pieza siga pareciendo correcta. La sonda convierte estos errores de configuración, que pasan desapercibidos, en desviaciones cuantificables.

Los cambios inesperados en las existencias afectan a las condiciones de corte

Las trayectorias de herramienta de alto rendimiento dependen de un acoplamiento controlado.

Se puede programar una trayectoria de fresado dinámica o trocoidal para obtener una profundidad de corte radial pequeña y constante. Si la pieza en bruto es más grande de lo previsto y, además, se ha cargado descentrada, en la primera pasada se puede encontrar mucho más material del que se pretendía eliminar con la fresa.

Lo mismo ocurre en Z. Una operación de rectificado programada para un corte de 3 mm puede encontrarse con 6 mm porque la pieza es más gruesa de lo especificado o porque se ha instalado un elevador incorrecto.

Entre los posibles resultados se incluyen:

• Insertos o cuerpos de fresa rotos
• Contacto del soporte con la culata
• Carga excesiva en el husillo
• El lingote que se está sacando del tornillo de banco
• Daños en el husillo o en la máquina

Un enfoque práctico consiste en definir un límite máximo de stock y un límite máximo de posición. El ciclo de sondeo confirma que la palanquilla real permanece dentro de ese margen.

La primera operación de mecanizado puede, entonces, ajustar la superficie exterior de la pieza en bruto a unas condiciones conocidas antes de que comiencen las trayectorias de herramienta sensibles al contacto. Una vez que la pieza en bruto se ha normalizado, cada fresa se encuentra con la cantidad de material que prevé la estrategia « CAM ».

Comprueba primero la Z

La primera jugada de sondeo suele consistir en comprobar la parte superior de la posición desde una posición segura.

Esto permite detectar rápidamente errores importantes como:

• Un espesor incorrecto de la pieza en bruto
• El elevador equivocado
• Un desplazamiento de trabajo mal configurado
• Un desplazamiento de coordenadas activo
• Una pieza se cargó con un peso considerablemente superior al previsto

Un elevador de 100 mm instalado en lugar de uno de 60 mm debería detectarse mediante un movimiento de sondeo protegido, en lugar de mediante una fresa o un husillo que se desplace a velocidad de mecanizado.

2. Supervisar el proceso mientras se fabrican las piezas

La comprobación inicial protege el inicio del trabajo. La comprobación durante el proceso protege el resto del lote.

Un proceso convencional puede consistir en que un operario mecanice una pieza, la retire, la mida manualmente y ajuste una compensación. Esto funciona durante la fase de prueba, pero ofrece una protección limitada entre inspecciones.

El desgaste de las herramientas, los daños en los filos, la temperatura y las variaciones en el material pueden hacer que una característica se salga gradualmente de las tolerancias. La medición durante el proceso permite a la máquina detectar ese desplazamiento antes de que se produzca una gran cantidad de piezas defectuosas.

Comprobaciones de «apto» o «no apto»

La estrategia más sencilla durante el proceso es una comprobación de tolerancia.

La máquina inspecciona un orificio, una pared, un saliente o una superficie críticos y compara el resultado con los límites definidos. La producción continúa mientras la característica se mantenga dentro de los límites aceptables. Si la medida se sale del rango permitido, la máquina aplica una respuesta predeterminada.

Dependiendo del equipo, puede:

• Rompamos el círculo vicioso
• Marcar la pieza para su inspección
• Retirar el palé de la línea de producción
• Cargar un trabajo diferente
• Marcar una herramienta como no disponible
• Llamar a una herramienta hermana
• Avisar a un operador

Imaginemos una serie de producción automática de 200 componentes. Si una característica de la pieza número cinco se sale de la tolerancia, detener el proceso en ese momento protege las 195 piezas en bruto restantes y las horas de mecanizado asociadas a ellas.

Dejar que se procese todo el lote genera un problema mucho mayor. Hay que inspeccionar cada pieza, es posible que haya que volver a trabajar la característica defectuosa y algunos componentes pueden haber pasado ya por operaciones adicionales. En muchos casos, la característica no se puede recuperar en absoluto.

Compensación automática del desgaste

La palpación también se puede utilizar para actualizar automáticamente las compensaciones por desgaste de la herramienta.

Un proceso típico de bucle cerrado podría:

1. Mecanizar la pieza
2. Limpia la superficie de medición
3. Explora la función
4. Calcular la desviación respecto al valor nominal
5. Aplica una pequeña corrección por desgaste
6. Continúa hasta que la herramienta alcance un límite de desgaste definido
7. Detén la herramienta o cambia a una herramienta similar

Esto permite mantener una característica cercana al valor nominal a lo largo de una larga serie de producción.

Esta ventaja resulta especialmente evidente en materiales que desgastan rápidamente los filos de corte, como el titanio, el acero inoxidable dúplex y el aluminio con alto contenido en silicio. Una herramienta puede seguir siendo apta para el corte de numerosas piezas aunque su tamaño varíe en varias micras. La compensación automática permite aprovechar al máximo la vida útil de la herramienta sin que el proceso se desvíe de las tolerancias establecidas.

La lógica de corrección debe tener límites bien definidos. La máquina solo debe realizar ajustes pequeños y plausibles dentro de un rango de desgaste total definido. Un resultado excesivo o incoherente debería provocar una parada, en lugar de un cambio automático de compensación.

Limpia antes de medir

Una sonda solo puede medir la superficie con la que entra en contacto.

Las virutas, las rebabas y el líquido refrigerante pueden provocar lecturas erróneas. Esto cobra aún más importancia cuando la medición se utiliza para actualizar la compensación de una herramienta.

Por lo tanto, la limpieza debe ser un paso previo al ciclo de sondeo. Para limpiar el elemento antes de que se acepte el resultado, se puede utilizar aire a través del husillo, líquido refrigerante, una herramienta de limpieza o mediciones repetidas.

Esto no eliminará todas las posibles fuentes de contaminación, pero mejora considerablemente la consistencia de las mediciones.

La exploración facilita el proceso de inspección

La medición automática proporciona información sobre el proceso. La inspección manual sigue desempeñando su propia función.

La característica se mide con la misma máquina que la ha fabricado, utilizando el mismo sistema cinemático y térmico. El resultado depende del estado y la calibración de la máquina, la sonda y el palpador.

La inspección inicial, la medición con máquina de coordenadas (CMM) y los requisitos de calidad específicos del cliente siguen siendo de aplicación. La toma de medidas durante el proceso añade un control continuo entre esas fases de inspección y permite al equipo de producción detectar con mayor antelación cualquier desviación en el proceso.

3. Establecer puntos de referencia y medir elementos de difícil medición

El ajuste de la compensación de trabajo es el uso más habitual de un palpador de husillo, pero su utilidad va más allá de ahorrar unos minutos con un comparador de agujas.

La medición permite establecer el sistema de coordenadas a partir de las características de referencia reales del componente.

Configurar desde el componente

Una pieza se puede colocar en una posición más o menos alineada y medirse in situ.

Dos puntos de contacto a lo largo de un borde pueden establecer la alineación angular. Un agujero, un saliente, un plano o una esquina pueden establecer las coordenadas de referencia restantes.

Esto resulta útil cuando se trabaja con sistemas modulares de sujeción de piezas. Un programador puede utilizar una placa matricial, abrazaderas y pasadores ya existentes en lugar de diseñar y mecanizar un dispositivo de sujeción específico. El operario coloca la pieza dentro de un margen aceptable y la rutina de sondeo calcula su posición exacta.

Esto reduce el tiempo dedicado a:

• Diseño de accesorios
• Búsqueda de material para accesorios
• Programación y sujeción de piezas para el mecanizado
• Sincronización manual de los componentes
• Ajustar los componentes para alinearlos
• Ajustar los parámetros para compensar pequeñas variaciones en la carga

Además, simplifica el trabajo que hay que realizar en la máquina. El operario puede cargar la pieza y establecer un punto de referencia inicial estándar, mientras que el programa se encarga de la alineación de precisión.

Protegerse contra los errores de estado de control

Las máquinas de cinco ejes suelen utilizar rotaciones y traslaciones de coordenadas para gestionar las diferentes orientaciones de mecanizado.

Si una de estas transformaciones permanece activa mientras un operario restablece el desplazamiento de trabajo, el nuevo punto de referencia puede desplazarse una distancia considerable. Una traslación de 200 mm en segundo plano puede provocar un error de 200 mm en la siguiente configuración.

En ese caso, es posible que el programa intente mecanizar muy por debajo de la parte superior real de la pieza en bruto.

Una maniobra de sondeo temprana con el eje Z permite comprobar directamente si se produce este tipo de error. La máquina compara la posición prevista en la superficie con la real antes de que la herramienta de corte entre en acción.

Mide características que resultan difíciles de inspeccionar manualmente

Hay algunas figuras geométricas que resultan difíciles o imposibles de medir con precisión utilizando herramientas manuales convencionales.

Un ejemplo es un elemento cilíndrico parcial formado por dos arcos cortos situados uno frente al otro. Es posible que no haya suficiente superficie continua para que un micrómetro de interior logre un contacto estable en tres puntos. Una medición lineal en dos puntos proporciona una distancia, pero no determina por completo el diámetro ni el centro del elemento.

Una sonda de husillo puede registrar varios puntos a lo largo de los arcos disponibles. A continuación, el software de control o medición puede calcular el centro y el radio que mejor se ajustan, utilizando un método similar al de una estrategia de inspección con una máquina de medición por coordenadas (CMM).

La máquina ya cuenta con un sistema de movimiento repetible alrededor de la pieza. La medición por sonda permite utilizar ese sistema tanto para la configuración y la medición del proceso como para el corte.

4. Comprobar la cinemática de cinco ejes

En una máquina de cinco ejes, la palpación también es un elemento importante para mantener la relación entre los ejes lineales y los ejes rotativos.

Las posiciones del centro de rotación y los parámetros cinemáticos pueden variar debido a la temperatura, el funcionamiento en condiciones de servicio, las colisiones y el comportamiento normal de la máquina. Si no se detectan esos cambios, la máquina puede producir superficies individuales precisas que no coincidan entre sí cuando se mecanizan desde diferentes orientaciones.

Entre los síntomas más comunes se encuentran:

• Pasos entre caras indexadas
• Diferencias de posición tras un movimiento giratorio
• Elementos que se alinean en una orientación, pero no en otra
• Piezas que parecen correctas en el control, pero que no superan la inspección externa

Los sistemas de control modernos pueden utilizar una sonda de husillo y un artefacto calibrado para comprobar y actualizar el estado cinemático de la máquina. El proceso manual equivalente consiste en montar un bloque de referencia, marcar varias superficies, calcular los errores e introducir las correcciones a mano.

Los ciclos automatizados hacen que la comprobación sea más rápida, más reproducible y más fácil de realizar de forma periódica.

En el caso de una operación de cinco ejes, la sonda del husillo forma parte del equipamiento necesario para garantizar la fiabilidad de las transformaciones de coordenadas de la máquina.

Los aspectos económicos de la exploración

Una rutina de sondeo exhaustiva alarga la duración del ciclo. En una línea de producción estable y de gran volumen con sistemas de sujeción específicos, ese tiempo debería revisarse y optimizarse.

El cálculo es diferente en un entorno con gran variedad de productos.

Una máquina puede ejecutar docenas de trabajos no relacionados entre sí en un turno, cada uno con una pieza en bruto, una fijación, un elevador y una estructura de referencia diferentes. Cada configuración supone una nueva posibilidad de que se produzca un pequeño error.

Unos minutos de exploración pueden proteger:

• El cuerpo de una cortadora que vale cientos de libras
• Un juego completo de insertos
• Una pieza bruta de gran valor
• Horas de mecanizado ya dedicadas a la pieza
• Un husillo que cuesta decenas de miles de libras
• Capacidad de producción de una máquina que cuesta cientos de miles
• Cada trabajo que queda pendiente por culpa de una máquina averiada

La factura de la reparación es solo una parte del coste. El tiempo de inactividad de la maquinaria afecta a los plazos de entrega, a los compromisos con los clientes y a la utilización de toda la fábrica.

O, dicho de otro modo, cuanto más te acercas a la parte superior de la máquina, más caro resulta romperla.

Un punzón es más barato que el cuerpo de una sonda. El cuerpo de una sonda es más barato que un husillo. Un buen diseño de proceso detecta los errores en la fase más económica posible.

Conectar el proceso digital a la máquina

CAM, la simulación y la verificación del código G permiten crear un modelo de gran precisión del proceso de mecanizado previsto. Las comprobaciones de gestión de herramientas permiten confirmar que la fresa prevista está presente y que su longitud medida coincide con la del programa.

La única incertidumbre que queda es la configuración física.

La máquina aún tiene que confirmar que:

• Se ha cargado la pieza en bruto correcta
• La acción se encuentra en la posición prevista
• La sujeción de la pieza es correcta
• El sistema de coordenadas activo coincide con la pieza
• Las características críticas se mantienen dentro de los límites de tolerancia
• La máquina en sí sigue estando correctamente calibrada

La medición del husillo permite realizar esas comprobaciones.

Si se utiliza de forma sistemática, se convierte en un elemento fundamental del control de calidad de los procesos. Evita fallos evitables, facilita la producción sin supervisión, reduce los desechos y proporciona a los fabricantes una mayor confianza en que el proceso de mecanizado real se ajusta al verificado.

‍