Balance de incertidumbre y evaluación de la cadena de rigidez de una microfresadora dotada de herramientas de diámetro inferior a 0,3 mm

Resumo

La tendencia generalizada a la miniaturización de productos está ocasionando un importante auge de las microtecnologías, y entre ellas del proceso de microfresado. Este proceso presenta una gran similitud con el fresado a escala convencional. Sin embargo en él se produce una reducción muy importante de dimensiones (escala 40/1 aprox.), lo que induce que aparezcan y potencien fenómenos cuya importancia es casi nula a escala convencional. Este cambio de escala se refleja en el avance por diente, usualmente menor de 1 µm, la profundidad de pasada, que se sitúa entre 2 y 15 µm, las velocidades del cabezal, superiores a 50.000 rpm, y los diámetros de la fresa, menores de 0,3 mm. También la propia máquina debe ser diseñada y construida dentro del concepto de ‘ultraprecisión’, lo que implica precisiones de posicionamiento del orden de 0,1 µm. El primer objetivo del trabajo aquí presentado ha sido establecer el balance de incertidumbre global de una microfresadora de desarrollo propio, cuando utiliza fresas de diámetros inferiores de 0,3 mm. El resultado de este análisis ha sido la preponderancia de los errores originados por la deformación angular de la pinza y la flexión de la fresa. Por este motivo estos dos aspectos son a continuación detalladamente estudiados. Para ello se ha definido la cadena de rigidez de la microfresadora, obteniendo los valores de rigidez de la máquina, cabezal, portaherramientas, y de la propia fresa. Para su medida se ha utilizado una aproximación experimental, aunque se han tenido en cuenta los valores de diseño de cada elemento del sistema. Los ensayos se han visto complicados por la dificultad de manejar experimentalmente fuerzas y desplazamientos de pequeño valor, propios del microfresado. En este trabajo se exponen los métodos de medición y los resultados de los mismos. La conclusión final es que la herramienta es el elemento más flexible (entre el 85- 98%), llegándose a obtener el valor de su flexibilidad. Sin embargo la unión de la herramienta a la pinza del portaherramientas debe también ser considerada. Finalmente se exponen algunos datos de precisión de una pieza microfresada, que corroboran los valores obtenidos.