O que é perpendicularidade de guias lineares e como medi-la?

A perpendicularidade da guia linear descreve o quão próximo um eixo de guia, eixo de movimento ou ponto de referência de montagem forma uma relação de 90 graus com outra referência especificada. É mais comumente verificado entre os eixos de movimento X e Y de uma máquina, onde também é chamado de quadratura do eixo ou ortogonalidade.

A perpendicularidade não deve ser confundida com o paralelismo entre dois trilhos instalados no mesmo eixo. Dois trilhos que suportam uma mesa móvel normalmente devem ser paralelos. Dois eixos de movimento diferentes, como X e Y, normalmente são perpendiculares.

Se os eixos X e Y não forem quadrados, a máquina ainda poderá se mover suavemente, mas a geometria comandada poderá ficar distorcida. Um quadrado programado pode se tornar um paralelogramo e um caminho circular pode apresentar um erro geométrico direcional mesmo quando cada eixo individual se posiciona com precisão ao longo de seu próprio percurso.

A que se refere a perpendicularidade

O termo pode descrever vários relacionamentos diferentes. O desenho, plano de inspeção ou especificação da máquina deve identificar exatamente qual linha, plano ou eixo de movimento está sendo controlado.

Esses relacionamentos exigem diferentes configurações de medição. Um resultado estará incompleto a menos que o recurso controlado, o dado de referência, a direção da medição e o comprimento avaliado sejam indicados.

Perpendicularidade vs Paralelismo

Paralelismo e perpendicularidade são controles de alinhamento relacionados, mas resolvem problemas diferentes.

Antes de verificar a perpendicularidade XY, cada eixo já deve ter retilineidade aceitável e os trilhos paralelos dentro de cada eixo já devem estar alinhados. Caso contrário, a leitura da perpendicularidade poderá incluir erros de diversas fontes diferentes.

Para medição de trilhos instalados na mesma direção, consultecomo medir o paralelismo da guia linear.

Como o erro de perpendicularidade afeta o movimento

O efeito depende de qual relacionamento está incorreto.

Quando os eixos de movimento X e Y não são quadrados:

• Um caminho quadrado pode se tornar um paralelogramo.
• Um teste de interpolação circular pode mostrar uma distorção geométrica.
• Recursos usinados em diferentes direções de eixo podem não se encontrar no ângulo pretendido.
• Os resultados da inspeção podem variar dependendo da direção da medição.

Quando os pontos de referência de montagem do trilho não estiverem perpendiculares ou localizados corretamente:

• O trilho pode não assentar totalmente em ambas as superfícies de referência.
• Apertar os parafusos pode distorcer o trilho ou afastá-lo do ponto de referência pretendido.
• A placa móvel pode introduzir carga de momento adicional nos carros.
• A direção final do eixo pode diferir do desenho da máquina.

Um erro de quadratura XY não torna necessariamente difícil mover o carro porque cada eixo ainda pode ser internamente reto e paralelo. Por outro lado, um carro de ligação é mais comumente associado ao paralelismo do trilho, à variação de-altura da montagem, à contaminação ou à distorção da placa do que à relação de 90 graus entre eixos separados.

Defina a medição primeiro

Antes de escolher um instrumento, defina as seguintes informações:

• Qual eixo, face lateral do trilho ou plano de montagem é o recurso controlado?
• Qual eixo ou superfície é o ponto de referência?
• O requisito é a geometria do componente ou o movimento real do carro?
• Em que comprimento de medição o resultado é avaliado?
• O resultado deve ser relatado em mm, mm/m, micrômetros ou unidades angulares?
• Quais condições de temperatura e{0}}carga da máquina se aplicam?

Medir as arestas de montagem usinadas não prova automaticamente que os eixos de movimento finais são perpendiculares. O assentamento do trilho, o aperto dos parafusos, a variação do carro, a deformação da mesa e o ajuste da montagem podem alterar a geometria do movimento completo.

Método 1: indicador quadrado e comparador

Um esquadro de precisão calibrado e um indicador de teste com mostrador fornecem um método prático para verificar a esquadria de dois eixos de máquina relativamente curtos. O esquadro deve ter precisão suficiente para a tolerância exigida da máquina.

Procedimento básico para um estágio XY:

1. Limpe as superfícies de contato da mesa, do quadrado e do indicador. Remova lascas, rebarbas e resíduos de lubrificante que possam inclinar o esquadro.
2. Estabeleça o eixo X-como a direção de movimento de referência.
3. Coloque o esquadro de precisão na mesa da máquina e alinhe uma face de trabalho paralela ao deslocamento do eixo-X.
4. Monte o relógio comparador no membro móvel do eixo Y- para que a sonda entre em contato com a face de trabalho perpendicular do quadrado.
5. Mova o eixo Y-pelo comprimento de inspeção definido enquanto registra os valores do indicador.
6. Repita a medição para verificar a repetibilidade e, em seguida, inverta ou reposicione o esquadro quando apropriado para identificar esquadro ou erro de configuração.

A variação do indicador representa o desvio lateral sobre o deslocamento medido do eixo Y-após o quadrado ter sido corretamente alinhado à referência do eixo-X. O quadrado não deve se mover enquanto o eixo é percorrido.

Método 2: Medição Óptica

Máquinas com percursos mais longos e maior{0}}precisão podem exigir um autocolimador, um interferômetro a laser com óptica angular ou retilínea adequada ou um rastreador a laser. Um ponteiro laser básico ou laser de linha não é suficiente para medições rastreáveis ​​de perpendicularidade de alta-precisão.

Um processo óptico típico inclui:

1. Estabeleça a direção ou comportamento angular do primeiro eixo de movimento.
2. Meça a direção do segundo eixo no mesmo sistema de coordenadas.
3. Calcule a relação angular entre as duas direções de movimento ajustadas.
4. Repita as execuções em ambas as direções de deslocamento para avaliar a repetibilidade e os efeitos de reversão.
5. Aplique os procedimentos ambientais e de compensação do fabricante do instrumento.

Os métodos ópticos reduzem a dependência de um quadrado físico curto e são úteis para eixos de máquinas longos. Sua precisão ainda depende da configuração do instrumento, temperatura do ar, gradientes térmicos, vibração e interpretação correta dos vetores do eixo medidos.

Método 3: CMM ou Laser Tracker

Uma máquina de medição por coordenadas ou um rastreador a laser pode avaliar a perpendicularidade medindo pontos ao longo de dois recursos de referência ou caminhos de movimento e ajustando uma linha ou plano a cada conjunto de dados.

O procedimento geral é:

1. Defina o sistema de coordenadas da máquina e os pontos de referência necessários.
2. Colete pontos distribuídos suficientes ao longo do primeiro eixo, referência do trilho ou recurso de montagem.
3. Acumule pontos ao longo do segundo recurso controlado.
4. Ajuste as linhas ou planos necessários usando o método de avaliação acordado.
5. Calcule a relação angular ou desvio de perpendicularidade entre eles.

A quantidade de pontos necessária depende do comprimento do recurso, da geometria, da incerteza de medição e do padrão de inspeção. Um número fixo como 20 ou 30 pontos não deve ser aplicado a todas as máquinas.

A inspeção CMM é particularmente útil para verificar bases usinadas, mesas e ressaltos de localização antes da instalação da guia. Para a perpendicularidade do eixo-de movimento real, a configuração de medição deve capturar o movimento do carro ou da mesa, em vez de apenas a geometria estática do trilho.

Como calcular o erro

Para uma medição quadrada-e-de indicador, um desvio de perpendicularidade simplificado pode ser expresso como:

Quando o resultado é normalizado para um metro:

Para pequenos erros angulares, o ângulo pode ser aproximado a partir da razão entre o desvio e o comprimento de medição:

Por exemplo, se o indicador mudar 0,012 mm ao longo de um curso verificado de 600 mm:

Este é um exemplo de relatório, não uma tolerância de aceitação universal. O valor permitido deve vir do projeto da máquina, desenho, capacidade do processo ou padrão de inspeção aplicável.

Sem tolerância universal

Não existe uma tolerância única de perpendicularidade adequada para todos os sistemas de guia linear. Um eixo de transferência de embalagem, um centro de usinagem CNC e um estágio de medição por coordenadas têm requisitos geométricos muito diferentes.

O erro permitido depende de:

• Comprimento do percurso do eixo
• Peça necessária ou precisão de posicionamento
• Distância entre a guia e o ponto de trabalho
• Estrutura da máquina e comportamento térmico
• Precisão e pré-carga do guia
• Incerteza de medição
• Disponibilidade de compensação do controlador

Uma tolerância deve sempre indicar seu comprimento avaliado. Um desvio de 0,01 mm acima de 100 mm não é equivalente a 0,01 mm acima de 1.000 mm.

Erros comuns de medição

Usando um quadrado não verificado

Se o erro quadrado estiver próximo da tolerância da máquina, o resultado não poderá distinguir com segurança o erro da máquina do erro da ferramenta-de referência. Use um quadrado calibrado com incerteza adequada.

Falha ao alinhar o quadrado ao eixo mestre

Um esquadro de precisão colocado na mesa não é automaticamente alinhado ao movimento do eixo-X. Uma face deve primeiro ser definida paralelamente ao eixo mestre selecionado antes que a face perpendicular seja usada para inspecionar Y.

Medindo antes que o paralelismo esteja correto

Se dois trilhos dentro de um eixo não estiverem paralelos, a mesa móvel pode girar ou emperrar durante o deslocamento. A alteração resultante do indicador pode ser confundida com erro de perpendicularidade.

Ignorando erro de cosseno do indicador

A sonda deve entrar em contato com a face de referência no ângulo correto e permanecer dentro da faixa de medição pretendida. Uma haste indicadora inclinada ou mudança no ângulo de contato introduz erros adicionais.

Medição durante mudança de temperatura

Estruturas de máquinas, esquadros, trilhos e instrumentos de medição expandem com a temperatura. Permita que o equipamento se estabilize e evite a luz solar direta, alterações na temperatura do líquido refrigerante e fontes de calor locais durante a inspeção de precisão.

Como corrigir a perpendicularidade

O método de correção depende se o erro tem origem na base de montagem, na posição do trilho, na estrutura móvel ou na calibração da máquina.

1. Confirme o eixo mestre.Verifique sua retilineidade e paralelismo interno do trilho antes de utilizá-lo como referência.
2. Inspecione as superfícies de montagem.Remova rebarbas, amassados, sujeira e materiais salientes ao redor dos furos dos parafusos.
3. Afrouxe apenas o eixo ajustável.Mantenha fixo o eixo mestre estabelecido, a menos que a inspeção mostre que ele também está incorreto.
4. Ajuste em relação à referência correta.Use um ressalto usinado, esquadro de precisão, gabarito ou feedback de medição para posicionar o eixo.
5. Aperte progressivamente.Siga a sequência e o torque especificados dos parafusos enquanto verifica se o eixo não se desloca.
6. Verifique novamente a viagem completa.Meça em ambas as direções de deslocamento e repita depois que todos os trilhos, carros e placas estiverem totalmente apertados.

Calços podem ser usados ​​somente onde o projeto da máquina e a direção de correção permitirem. O calço aleatório pode melhorar uma leitura enquanto cria-distorção de face de montagem, erro de rotação ou altura em outro lugar.

Se o ajuste necessário exceder a faixa de montagem disponível, o ressalto ou base de montagem poderá exigir re-usinagem. A compensação do controlador pode reduzir certos erros geométricos no movimento comandado, mas não corrige o emperramento mecânico, o mau assentamento do trilho ou a carga interna excessiva do carro.

Ordem de inspeção recomendada

Uma sequência lógica de inspeção evita que um erro de alinhamento seja confundido com outro:

1. Montagem-de planicidade e limpeza da superfície
2. Retidão do trilho mestre
3. Paralelismo de trilhos dentro de cada eixo
4. Movimento do carro e resistência ao movimento
5. Perpendicularidade entre diferentes eixos de movimento
6. Testes completos de posicionamento e interpolação da máquina

Para montagem-de inspeção de superfície, consultemontagem de guia linear-planicidade da superfície. Para a sequência completa de montagem, consultecomo instalar guias de movimento linear.

Conclusão

A perpendicularidade da guia linear normalmente descreve a relação de 90-graus entre dois eixos de movimento ou entre uma direção da guia e um dado de máquina especificado. É diferente do paralelismo ferroviário, da retilineidade do caminho e da planicidade da superfície de montagem.

Um esquadro e um indicador de precisão podem fornecer uma inspeção prática na oficina, enquanto equipamentos ópticos, CMMs e rastreadores a laser são mais adequados para viagens longas ou sistemas de maior{0}}precisão. Independentemente do método, o ponto de referência, o comprimento da inspeção, a incerteza do instrumento e o objeto de medição devem ser claramente definidos.

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