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Abril de 2005 Página 1 de 2

Cómo trabajar con precisión de submicras

Mark Albert

Con nuevos diseños para obtener precisiones a escala de submicras y para elaborar piezas subminiatura, surge una gran variedad de estrategias de diseño.

En la naturaleza, los científicos muchas veces están en capacidad de diferenciar una especie de otra con sólo examinar su ADN, el único código genético en toda célula viviente. En estas ocasiones, las apariencias externas no ofrecen indicios confiables. Este es el caso de una nueva especie de centros verticales de mecanizado diseñados para obtener exactitud de submicras. Tales máquinas no lucen llamativamente diferentes de otras máquinas-herramienta de precisión. Hasta ahora, los modelos submicrón han escondido los rasgos y sutiles atributos de una criatura diferente, que ha evolucionado para funcionar en un ambiente donde los micrones y nanómetros (millonésimas y milmillonésimas de metro) son críticos.

Algunas de las formas en que estas máquinas se desvían de las expectativas de un centro de mecanizado vertical pueden observarse en el Hyper2J, de Makino. Modelos comparables de otros fabricantes pueden representar desviaciones radicales de la norma, pero mirar esta máquina nos puede ayudar a entender los factores de diseño que tienden a definir "la naturaleza de la bestia". Los factores clave son la vibración, el calor, la rigidez y la capacidad de la unidad de control.

*Los cuatro puntos de montaje y nivelación debajo del Hyper2J están fijos a una base de granito de grado metrológico, de 250 mm (casi 10") de espesor. Esta "fundición" de granito aísla la estructura de las vibraciones del piso. El granito tiene entre 1/10 y 1/20 de la conductividad térmica del hierro fundido, por lo cual resiste los efectos de los cambios de temperatura del ambiente.

*El husillo ha sido diseñado para reducir la vibración y la expansión térmica. Tiene un sistema directo de fijación de la herramienta que no requiere de portaherramientas o pinza. Un mecanismo dentro del husillo utiliza presión hidráulica para comprimir el contorno del vástago de la herramienta, de la misma manera que lo haría un portaherramientas hidráulico individual. Según los ingenieros, esta característica minimiza la vibración rotacional inevitable, introducida por las imperfecciones de un portaherramientas separado. Minimizar las vibraciones es una prioridad porque las herramientas de corte superpequeñas (resultan típicos los escariadores con diámetros de 0,03 mm) son susceptibles de romperse cuando están sometidas a pequeñas vibraciones.

*La temperatura interna del husillo es mantenida por el enfriamiento automático del refrigerante que circula a través de ella. La luz interna de la máquina es producida por LED, mucho más fría que otro tipo de luces.

*La velocidad del husillo va de 3.000 rpm a 40.000 rpm (también hay disponible un husillo de 170.000 rpm).

*No hay motores lineales. Makino ha optado por tornillos de bolas y guías deslizantes para mover los ejes, utilizando la habilidad que tienen para obtener la rigidez necesaria y la suavidad con sus técnicas de producción. Las máximas velocidades de avance y de desplazamiento transversal son de 12 m/min (472 ipm).

*La máquina tiene la capacidad de medir la posición de la punta de la herramienta en valores hasta de una micra. Un dispositivo de medición tipo contacto, de "ultrabaja presión", determina la longitud de la herramienta. Un dispositivo de posicionamiento del husillo, de proximidad y sin contacto, permite que la posición de la punta de la herramienta pueda ser corregida en los tres ejes (X, Y y Z). Luego de un cambio de herramienta, el nivel de las superficies de mecanizado estará a menos de una micra por encima o por debajo del valor nominal. Para detectar puntas de herramientas rotas, una corriente eléctrica es transmitida a través de la herramienta de corte. Si la herramienta se rompe, el circuito interrumpido acciona una alarma.

Makino afirma tener la más amplia experiencia en la determinación de las velocidades y avances más apropiados para un escariador de carburo de 0,033 mm de diámetro. Los valores para otras herramientas son establecidos con base en la aplicación específica.

Los sistemas de realimentación de posición de los ejes utilizan una escala de 0,5 nanómetros para poder ajustar con seguridad los comandos de movimiento programables en pasos tan pequeños como de 10 nanómetros. Makino ha establecido que la exactitud de posicionamiento de esta máquina es de ±0,3 micras, con una repetibilidad de ±0,2 micras.

La unidad de control, que combina el hardware Fanuc para procesamiento CNC con una interfaz gráfica de usuario Windows CE, soporta interpolación nanométrica y tiempos de milisegundos para procesamiento de bloques. El sistema patentado de servocontrol Super Geometry Intelligence, proporciona superficies mecanizadas suaves. Este tipo de función suavizadora crece en importancia en la medida en que las herramientas de corte y los pasos de programa se hacen tan pequeños que los rasgos de la pieza y las marcas de la herramienta tienen el mismo rango de tamaño.

Acerca del autor

Mark Albert

Editor jefe de Modern Machine Shop Periodista técnico, que por muchos años ha cubierto el sector metalmecánico de Estados Unidos.
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