Guía completa de medición y de la máquina CMM

¿Qué es una máquina CMM?

Imagínese una máquina tipo CNC capaz de realizar mediciones extremadamente precisas de forma altamente automatizada. ¡Eso es lo que hacen las máquinas CMM!

CMM son las siglas de "Máquina de Medición por Coordenadas". Son, quizás, los dispositivos de medición 3D más avanzados en cuanto a su combinación de flexibilidad, precisión y velocidad.

Aplicaciones de las máquinas de medición por coordenadas

Las máquinas de medición por coordenadas son muy útiles cuando se necesitan mediciones precisas. Y cuanto más complejas o numerosas sean las mediciones, más ventajoso resulta utilizar una máquina de medición por coordenadas.

Normalmente, las máquinas de medición por coordenadas (CMM) se utilizan para la inspección y el control de calidad. Es decir, se utilizan para verificar que la pieza cumpla con los requisitos y especificaciones del diseñador.

También pueden utilizarse paraingeniería inversapiezas existentes mediante la realización de mediciones precisas de sus características.

¿Quién inventó las máquinas CMM?

Las primeras máquinas de medición por coordenadas (CMM) fueron desarrolladas por la empresa escocesa Ferranti en la década de 1950. Eran necesarias para la medición de precisión de piezas en las industrias aeroespacial y de defensa. Las primeras máquinas solo tenían dos ejes de movimiento. Las máquinas de tres ejes fueron introducidas en la década de 1960 por la empresa italiana DEA. El control por computadora surgió a principios de la década de 1970 y fue introducido por la empresa estadounidense Sheffield.

Tipos de máquinas CMM

Existen cinco tipos de máquinas de medición por coordenadas:

• Máquina de medición por coordenadas tipo puente: En este diseño, el más común, el cabezal de la máquina se desplaza sobre un puente. Un lado del puente se desliza sobre un riel en la bancada, y el otro se apoya sobre un colchón de aire u otro método en la bancada sin riel guía.
• Máquina de medición por coordenadas en voladizo: El voladizo soporta el puente solo por un lado.
• Máquina de medición por coordenadas de pórtico: El pórtico utiliza un riel guía en ambos lados, como una fresadora CNC. Estas suelen ser las máquinas de medición por coordenadas más grandes, por lo que necesitan soporte adicional.
• Máquina de medición por coordenadas de brazo horizontal: Imagínese una viga en voladizo, pero con todo el puente moviéndose verticalmente a lo largo del brazo en lugar de sobre su propio eje. Estas son las máquinas de medición por coordenadas menos precisas, pero pueden medir componentes grandes y delgados, como carrocerías de automóviles.
• Máquinas de medición por coordenadas (CMM) portátiles de brazo articulado: Estas máquinas utilizan brazos articulados y, por lo general, se posicionan manualmente. En lugar de medir directamente las coordenadas XYZ, las calculan a partir de la posición de rotación de cada articulación y la distancia conocida entre ellas.

Cada uno tiene ventajas y desventajas dependiendo de los tipos de mediciones que se deban realizar. Estos tipos se refieren a la estructura de la máquina que se utiliza para posicionar susondaen relación con la parte que se está midiendo.

Aquí tienes una tabla útil para ayudarte a comprender las ventajas y desventajas:

Las sondas suelen posicionarse en tres dimensiones: X, Y y Z. Sin embargo, las máquinas más sofisticadas permiten modificar su ángulo, lo que posibilita mediciones en lugares inaccesibles. También se pueden utilizar mesas giratorias para mejorar el acceso a diversas estructuras.

Las máquinas de medición por coordenadas (MMC) suelen estar fabricadas de granito y aluminio, y utilizan cojinetes de aire.

La sonda es el sensor que determina la posición de la superficie de la pieza al realizar una medición.

Los tipos de sondas incluyen:

• Mecánico
• Óptico
• Láser
• Luz blanca

Las máquinas de medición de coordenadas se utilizan aproximadamente de tres maneras generales:

• Departamentos de Control de Calidad: Aquí suelen estar ubicados en salas blancas con temperatura controlada para maximizar su precisión.
• En la planta de producción, las máquinas de medición por coordenadas (CMM) se ubican junto a las máquinas CNC para facilitar las inspecciones dentro de la célula de fabricación, minimizando el desplazamiento entre la CMM y la máquina donde se mecanizan las piezas. Esto permite realizar mediciones con mayor antelación y, potencialmente, con mayor frecuencia, lo que se traduce en ahorros al identificar los errores con mayor rapidez.
• Portátiles: Las máquinas de medición por coordenadas (CMM) portátiles son fáciles de transportar. Se pueden usar en el taller o incluso llevarlas a un lugar remoto de la planta de fabricación para medir piezas in situ.

¿Qué tan precisas son las máquinas CMM (precisión de las CMM)?

La precisión de las máquinas de medición por coordenadas (MMC) varía. Generalmente, buscan una precisión micrométrica o superior. Sin embargo, no es tan sencillo. Por un lado, el error puede depender del tamaño, por lo que el error de medición de una MMC puede especificarse mediante una fórmula corta que incluye la longitud de la medición como variable.

Por ejemplo, la CMM Global Classic de Hexagon se cataloga como una CMM asequible de uso general y especifica su precisión como:

1,0 + L/300 µm

Estas medidas están en micras y L se especifica en milímetros. Por ejemplo, si queremos medir la longitud de una pieza de 10 mm, la fórmula sería 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30, es decir, 1,03 micras.

Un micrón es una milésima de milímetro, lo que equivale a aproximadamente 0,00003937 pulgadas. Por lo tanto, el error al medir nuestra longitud de 10 mm es de 0,00103 mm o 0,00004055 pulgadas. ¡Eso es menos de la mitad de una décima parte, un error bastante pequeño!

Por otro lado, se necesita una precisión de 10 veces la magnitud de la medición. Esto significa que solo podemos confiar en esta medición hasta 10 veces ese valor, es decir, 0,00005 pulgadas. Aun así, es un margen de error bastante pequeño.

Las mediciones con máquinas de medición por coordenadas (MMC) en planta se complican aún más. Si la MMC se encuentra en un laboratorio de inspección con temperatura controlada, la situación mejora considerablemente. Sin embargo, en planta, las temperaturas pueden variar mucho. Existen diversas maneras en que una MMC puede compensar estas variaciones de temperatura, pero ninguna es perfecta.

Los fabricantes de máquinas de medición por coordenadas (MMC) suelen especificar la precisión para un rango de temperatura determinado. Según la norma ISO 10360-2 para la precisión de las MMC, un rango típico es de 18 a 22 °C (64 a 72 °F). Esto es ideal, a menos que la temperatura en el taller alcance los 30 °C (86 °F) en verano. En ese caso, la especificación para el margen de error no es adecuada.

Algunos fabricantes ofrecen una serie de rangos de temperatura con diferentes niveles de precisión. Pero, ¿qué ocurre si se trabaja con más de un rango para la misma tanda de piezas en distintos momentos del día o en diferentes días de la semana?

Es necesario empezar por crear un presupuesto de incertidumbre que contemple los peores escenarios. Si esos peores escenarios dan como resultado tolerancias inaceptables para las piezas, se requieren cambios adicionales en el proceso.

• Puede limitar el uso de la CMM a ciertos momentos del día en que las temperaturas se encuentren en rangos más favorables.
• Puede optar por mecanizar piezas o características de menor tolerancia únicamente en determinados momentos del día.
• Las máquinas de medición por coordenadas (CMM) de mayor calidad pueden tener mejores especificaciones para sus rangos de temperatura. Puede que valga la pena invertir en ellas, aunque sean mucho más caras.

Por supuesto, estas medidas afectarán gravemente tu capacidad para programar tus trabajos con precisión. De repente, te das cuenta de que un mejor control climático en la planta de producción podría ser una inversión que vale la pena.

Como puedes ver, todo este tema de las mediciones se vuelve bastante complicado.

Otro aspecto fundamental es la especificación de las tolerancias que debe verificar la máquina de medición por coordenadas (MMC). El método de referencia es el dimensionamiento y tolerancias geométricas (GD&T). Consulta nuestro curso introductorio sobre GD&T para obtener más información.

Software CMM

Las máquinas de medición por coordenadas (MMC) utilizan diversos tipos de software. El estándar se denomina DMIS, que significa Estándar de Interfaz de Medición Dimensional. Si bien no es la interfaz de software principal para todos los fabricantes de MMC, la mayoría la admite.

Los fabricantes han creado sus propios sabores únicos para añadir tareas de medición que no son compatibles con DMIS.

DMIS

Como ya se mencionó, DMIS es el estándar, pero al igual que el código G de CNC, existen muchos dialectos, entre ellos:

• PC-DMIS: Versión de Hexagon
• OpenDMIS
• TouchDMIS: Perceptrón

MCOSMOS

MCOSTMOS es el software CMM de Nikon.

Calipso

Calypso es un software para máquinas de medición por coordenadas (CMM) de Zeiss.

Software CMM y CAD/CAM

¿Qué relación existe entre el software y la programación de máquinas de medición por coordenadas (CMM) y el software CAD/CAM?

Existen muchos formatos de archivo CAD diferentes, así que compruebe con cuáles es compatible su software de CMM. La integración definitiva se denomina Definición Basada en Modelo (MBD). Con MBD, el propio modelo se puede utilizar para extraer las dimensiones para la CMM.

MDB es una tecnología bastante vanguardista, por lo que todavía no se utiliza en la mayoría de los casos.

Sondas, fijaciones y accesorios para máquinas de medición por coordenadas (CMM)

Sondas CMM

Existe una variedad de tipos y formas de sondas disponibles para facilitar diversas aplicaciones.

Dispositivos de fijación para máquinas de medición por coordenadas (CMM)

Los sistemas de fijación ahorran tiempo al cargar y descargar piezas en una máquina de medición por coordenadas (MMC), al igual que en una máquina CNC. Incluso existen MMC con cargadores automáticos de palets para maximizar la productividad.

Precio de la máquina CMM

Las nuevas máquinas de medición por coordenadas tienen precios que oscilan entre los 20.000 y los 30.000 dólares, y pueden llegar a superar el millón de dólares.

Empleos relacionados con máquinas de medición por coordenadas (CMM) en un taller mecánico.

Gerente de CMM

Programador de CMM

Operador de CMM