La sonda sul mandrino e la misurazione in-process sono due tecniche integrate che permettono di misurare parametri critici direttamente sulla macchina utensile, senza rimuovere il pezzo o il set-up. Per capire cosa viene controllato, è utile definire i termini chiave alla prima apparizione:
In sintesi, queste tecniche misurano tre categorie di parametri:
A differenza delle misurazioni effettuate su macchine di misura coordinate (CMM) separate, queste operazioni si svolgono nello stesso ambiente di lavorazione, con gli stessi elementi del set-up e le stesse condizioni di temperatura e vibrazioni che influenzano la lavorazione.
L’uso di sonda sul mandrino e misurazione in-process ha un impatto diretto su tre aspetti chiave della produzione: funzione del pezzo, assemblaggio e costi.
Le deviazioni dimensionali non rilevate possono compromettere la funzionalità del pezzo. Per esempio:
Grazie alla misurazione in-process, queste deviazioni vengono rilevate prima che il pezzo venga rimosso dalla macchina, permettendo di correggerle immediatamente.
Molti pezzi sono progettati per essere assemblati in modo preciso, senza aggiustamenti. Deviazioni dimensionali non rilevate possono causare:
Per esempio, nella produzione di componenti per l’automotive, la verifica della posizione di fori di montaggio tramite sonda sul mandrino garantisce che i pezzi si assemblino correttamente senza aggiustamenti.
L’uso di queste tecniche riduce i costi in diversi modi:
Per esempio, su una macchina come la GA-DV750 (centro di lavorazione verticale con precisione di posizionamento di 0,003 mm), la verifica automatica della posizione del pezzo riduce i tempi di set-up da 30 minuti a 5 minuti, con un risparmio di oltre 20 ore all’anno per una produzione di 200 lotti.
Le operazioni di misurazione si dividono in tre categorie principali: impostazione utensile, verifica del pezzo e controllo in anello chiuso. Ogni metodo ha limiti di precisione specifici, dipendenti dalle caratteristiche della macchina utensile.
L’impostazione utensile serve a definire la lunghezza e il raggio di ogni utensile montato sul mandrino, per garantire che la macchina esegua le lavorazioni nella posizione corretta. Esistono due metodi principali:
La verifica del pezzo serve a controllare le dimensioni e la posizione del pezzo dopo una o più operazioni di lavorazione. Esistono due metodi principali:
Il controllo in anello chiuso è un sistema avanzato che confronta il risultato di una misura con un valore di riferimento, per correggere automaticamente il processo di lavorazione. Esistono due tipi di anello chiuso:
La precisione del controllo in anello chiuso dipende dalla precisione di misura della sonda e dalla precisione di posizionamento della macchina. Per esempio, su una GA-UHD500 (centro di lavorazione a 5 assi ad alta precisione con precisione di posizionamento di 0,006 mm), il controllo in anello chiuso per l’usura dell’utensile permette di mantenere le tolleranze di 0,01 mm per oltre 100 pezzi lavorati.
La precisione delle misurazioni effettuate con sonda sul mandrino e misurazione in-process dipende da diversi fattori, che possono aumentare l’errore di misura. Le fonti di errore principali sono:
La macchina utensile ha una precisione di posizionamento e una ripetibilità (capacità di tornare nella stessa posizione dopo più movimenti) specifiche. Questi valori influenzano direttamente la precisione delle misurazioni: per esempio, una macchina con una precisione di posizionamento di 0,010 mm non può eseguire misurazioni con una precisione migliore di 0,010 mm.
La dilatazione termica della macchina, del pezzo e della sonda è una delle fonti di errore più comuni. Per esempio:
Queste dilatazioni non vengono compensate automaticamente dalla sonda, a meno che non vengano misurate e inserite nel programma di lavorazione.
La sonda sul mandrino è un dispositivo meccanico che si usura con l’uso. L’usura della punta della sonda può causare errori di misura di 0,005 mm o più. Per questo motivo, le sonde devono essere calibrate regolarmente.
Le vibrazioni della macchina durante la lavorazione possono influenzare la precisione delle misurazioni. Per esempio, una macchina che lavora a velocità elevata può vibrare, causando errori di misura di 0,003 mm.
Le tecniche di sonda sul mandrino e misurazione in-process hanno limiti che spesso non vengono comunicati. È importante conoscere questi limiti per evitare aspettative eccessive.
Molti operatori e responsabili di produzione credono che le misurazioni effettuate sulla macchina siano precise come quelle effettuate su una CMM. Questo non è vero: le misurazioni sulla macchina sono influenzate da errori di posizionamento, dilatazione termica e vibrazioni che non influenzano le misurazioni su una CMM. Per esempio, una misurazione di un foro effettuata su una GA-MV856 può avere un errore di 0,015 mm, mentre la stessa misurazione effettuata su una CMM può avere un errore di 0,002 mm.
| Metodo di misurazione | Precisione tipica | Impegno richiesto | Uso tipico |
|---|---|---|---|
| Impostazione utensile manuale | 0,02 mm | Alto (operatore presente) | Lotti piccoli, lavorazioni non critiche |
| Impostazione utensile automatica | 0,008–0,015 mm | Basso (automatico) | Lotti medi e grandi, lavorazioni critiche |
| Verifica pezzo dopo lavorazione | 0,01–0,02 mm | Medio (tempo di misura aggiuntivo) | Controllo di qualità intermedio |
| Verifica pezzo prima della lavorazione | 0,008–0,015 mm | Basso (automatico) | Correzione della posizione del pezzo |
| Controllo in anello chiuso | 0,006–0,012 mm | Basso (automatico) | Compensazione dell’usura dell’utensile, mantenimento delle tolleranze |
Nota: la precisione dipende dalla precisione di posizionamento della macchina. Per esempio, su una GA-DV750 (precisione di posizionamento 0,003 mm), la precisione dell’impostazione utensile automatica è di circa 0,008 mm.
Per ottenere i migliori risultati con sonda sul mandrino e misurazione in-process, segui questa checklist:
Posso usare la sonda sul mandrino su qualsiasi macchina utensile? No. La sonda sul mandrino richiede che la macchina abbia un sistema di controllo che supporti le operazioni di misurazione e un mandrino che possa montare la sonda. Per esempio, le macchine con cono HSK-E40 (come la GA-DV750) o BBT30 (come la GA-VT540) possono montare sonde compatibili con questi coni.
La misurazione in-process aumenta i tempi di ciclo? Sì, ma l’aumento è generalmente minore del risparmio ottenuto dalla riduzione degli scarti e dei tempi di set-up. Per esempio, una verifica del pezzo dopo la lavorazione aggiunge 1–2 minuti al tempo di ciclo, ma riduce i tempi di set-up di 20 minuti per lotto.
Qual è la differenza tra sonda sul mandrino e sonda fissa? La sonda sul mandrino viene montata sul mandrino della macchina e può essere spostata in qualsiasi posizione del tavolo, per misurare qualsiasi parte del pezzo. La sonda fissa è montata in una posizione fissa sulla macchina e può misurare solo parametri specifici (come la lunghezza degli utensili).
Posso usare il controllo in anello chiuso per compensare l’usura del pezzo? No. Il controllo in anello chiuso compensa solo errori di posizionamento del pezzo o usura dell’utensile. Non può compensare l’usura del pezzo, che è una proprietà del pezzo stesso.
Quanto costa una sonda sul mandrino? Il costo di una sonda sul mandrino varia da 5.000 a 15.000 euro, a seconda delle caratteristiche (precisione, tipo di cono, funzioni avanzate). Il costo si ripaga generalmente in meno di un anno, grazie alla riduzione degli scarti e dei tempi di set-up.
