Come si misura davvero la planarità di un basamento macchina

Riga, livella, autocollimatore, laser e CMM a confronto su grandi superfici lavorate, e gli effetti di appoggio e temperatura che falsano i risultati.

La planarità è il requisito più specificato e meno definito su un disegno di basamento macchina. «Piano entro 0,05» compare di continuo e, su una superficie grande, non è ancora una specifica.

Che cosa significa esattamente planarità

La planarità è la distanza tra due piani paralleli che contengono appena la superficie. Tutto qui. Non richiede un riferimento, non dice nulla sull’orientamento, e una superficie può essere perfettamente piana pur essendo inclinata rispetto a tutto il resto del pezzo.

Questo conta perché gli ingegneri scrivono spesso planarità quando intendono il parallelismo rispetto a una superficie di montaggio, o la perpendicolarità rispetto a un riferimento. Sono controlli diversi, richiedono un riferimento e si misurano in modo diverso. Impostarli correttamente in GD&T elimina gran parte delle discussioni prima che comincino.

I metodi, e dove si adatta ciascuno

Riga e spessimetro. Rapido, economico e grossolano. Utile per un controllo veloce e per trovare un punto alto evidente. Misura lungo una linea, non su un’area, quindi non può fornire un vero valore di planarità per una superficie.

Livella di precisione. Una livella sensibile spostata sulla superficie secondo una griglia, accumulando letture angolari in una mappa delle altezze. È lo strumento di riferimento per i grandi basamenti macchina, perché non richiede un riferimento più grande dello strumento e lavora in posizione. È lenta, e misura rispetto alla gravità, quindi non vede un’inclinazione uniforme.

Autocollimatore. Uno strumento ottico che legge l’angolo di uno specchio montato su un carrello spostato sulla superficie. Molto preciso su lunghe distanze, consolidato per il lavoro sulle macchine utensili, richiede un cammino ottico libero e un’installazione stabile.

Interferometro laser o laser tracker. Rapido su grandi aree, produce una mappa densa, gestisce geometrie difficili e più superfici in un unico piazzamento. Costoso, e non tutte le carpenterie ne dispongono. Un tracker le dà l’intero pezzo; un interferometro offre una precisione maggiore lungo una linea.

CMM. Ideale quando il pezzo ci sta, il che per un basamento macchina spesso significa che non ci sta. Dove esiste una CMM di grande corsa è la soluzione più pulita, perché fornisce planarità, parallelismo e perpendicolarità rispetto a un vero sistema di riferimenti in un’unica operazione.

Piano di riscontro e comparatore. Il metodo di riferimento per i pezzi piccoli. Richiede un piano più grande del pezzo e i mezzi per portarvelo, quindi è raramente disponibile per un basamento di qualsiasi dimensione.

Ciò che invalida una misura

È la parte che causa le contestazioni, e nulla di tutto ciò è un errore dello strumento.

Schema di appoggio. Una grande struttura si flette tra i suoi appoggi sotto il proprio peso. Misurata su tre punti assume una forma; su sei ne assume un’altra; inghisata su una fondazione, un’altra ancora. Tutte e tre sono misure corrette di condizioni diverse. Se il disegno non dice come è appoggiato il pezzo durante il collaudo, il numero non è ripetibile.

Temperatura. Acciaio e ghisa si dilatano sensibilmente con la temperatura, e un grande basamento in un’officina con dieci gradi di escursione tra notte e giorno ha dimensioni diverse al mattino e al pomeriggio. Peggio ancora, un gradiente di temperatura attraverso la struttura la incurva. Una misura presa mentre il pezzo è ancora caldo dalla lavorazione misura la forma sbagliata.

Tempo di assestamento. Un pezzo posato con la gru sugli appoggi ha bisogno di tempo per assestarsi prima di dare letture coerenti. Lo misuri subito e poi qualche ora dopo e i numeri saranno diversi.

Densità dei punti. La planarità calcolata su nove punti e quella calcolata su cento sono numeri diversi sulla stessa superficie, perché più punti trovano più scostamenti. Dichiari la griglia.

Pulizia. Su una grande superficie lavorata, un truciolo sotto un piede o una bava su un bordo producono una lettura che non ha nulla a che fare con la superficie.

Scrivere un requisito che si possa rispettare e verificare

Specifichi tutti questi sei elementi:

1. Quale superficie, identificata senza ambiguità, ogni piano separatamente o l’intera faccia come un’unica superficie.
2. Il valore, e su quale lunghezza. 0,05 mm su 300 mm e 0,05 mm su 2000 mm sono lavori completamente diversi a prezzi completamente diversi.
3. Il metodo, oppure un elenco concordato di metodi accettabili.
4. La condizione di appoggio durante il collaudo.
5. La temperatura, o un intervallo accettabile, e se è richiesto un periodo di stabilizzazione.
6. La griglia di punti o la densità di scansione.

Sei righe di note. Trasformano una discussione in un collaudo e permettono a tre carpenterie di quotare lo stesso lavoro invece di tre lavori diversi.

Sia onesto su ciò di cui la macchina ha bisogno

Stringere la planarità non ha un costo lineare. Passare da 0,10 mm a 0,05 mm su un metro significa spesso un’altra passata. Passare da 0,05 mm a 0,02 mm può significare un’altra macchina, un piazzamento in più, un reparto climatizzato e un secondo ciclo di distensione.

I disegni più costosi in questo settore sono quelli in cui una tolleranza stretta predefinita è stata applicata a ogni superficie perché nessuno ha chiesto quali superfici contassero davvero. Guide appoggiate su una piastra inghisata non richiedono ciò che richiede un telaio di metrologia. Decida quali superfici sono funzionali, specifichi quelle come si deve e lasci il resto come da lavorazione.

Domande frequenti

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