Comprensión de la tolerancia de perpendicularidad: una guía para la orientación y el tamaño de las características

La tolerancia de perpendicularidad es una característica fundamental en el sistema de dimensionamiento y tolerancia geométrica (GD&T) que rige la posición de las características en los componentes mecánicos. En esta publicación, analizaremos la estructura integral de la tolerancia de perpendicularidad, sus límites, aplicación, interpretación y, lo más importante, su relevancia en las etapas de diseño y fabricación. Los lectores comprenderán cómo se relaciona la perpendicularidad con los tamaños de las características y los controles de orientación, y aprenderán sobre el aspecto fundamental del control de calidad moderno en los componentes de ingeniería. Esta información es crucial para los diseñadores, ingenieros o personal de control de calidad que se esfuerzan por mejorar el rendimiento de sistemas mecánicos complejos.

¿Qué es la tolerancia de perpendicularidad y su aplicación práctica?

La tolerancia de perpendicularidad es un tipo de control GD&T que establece la discrepancia máxima permisible entre la perpendicular y una superficie de referencia para una superficie, un eje o una característica determinada. La tolerancia se utiliza a menudo para garantizar que los componentes tengan sus ángulos fijados entre sí, ya que dichas relaciones son fundamentales para el montaje y el desmontaje. Las características o piezas con atributos no controlados controlados por perpendicularidad suelen estar definidas por una zona tridimensional dentro de la cual debe estar contenida la característica controlada. En la mayoría de los casos, como se ilustra en los dibujos técnicos, estas características están representadas por un marco de control de característica con un símbolo de perpendicularidad, que acompaña el valor de su tolerancia y la referencia de referencia a la que se relaciona.

Comprensión de la perpendicularidad y su relevancia para la ingeniería

En ingeniería, la tolerancia de perpendicularidad se mide en micrómetros (µm) o milésimas de pulgada (mils) según el sistema de unidades del documento de diseño. El valor de la tolerancia caracteriza el área de sensibilidad de la superficie, eje o elemento en relación con su dato correspondiente: cuál es su orientación con respecto a la posición perpendicular.

En el caso de que se establezca una tolerancia de perpendicularidad de 0.02 mm para el Datum A, esto indica que la superficie o eje controlado tiene que estar completamente contenido dentro de una zona de tolerancia cilíndrica de 0.02 mm de diámetro, que está posicionada en ángulo recto con respecto al Datum A. Tal precisión es importante en conjuntos mecánicos de precisión, ya que cualquier desviación de este valor contribuirá a que las piezas se desalineen y, por lo tanto, no funcionen correctamente o provoquen una reducción del rendimiento.

El tipo de medición utilizado tiene en cuenta la característica que se analiza. En el caso de superficies planas, la perpendicularidad se suele comprobar con un calibre de altura y una placa de superficie, mientras que las características cilíndricas se comprueban con máquinas CMM para obtener mediciones precisas. Los datos recopilados son fundamentales para garantizar que ciertas Los pasos de fabricación dan como resultado piezas que se ajusten a los requisitos de diseño esperados que permitan precisión y confiabilidad en los procesos de ingeniería.

La influencia de la tolerancia en el diseño mecánico

Los límites de tolerancia en un diseño mecánico dependen de los requisitos impuestos a las piezas y de su funcionalidad prevista. A continuación se indican los distintos tipos de tolerancias con sus descripciones:

Puntos de datos de ejemplo:

Las mediciones lineales pueden tener una variación de ±0.01 mm para componentes detallados.

Se estima que las tolerancias estándar para mediciones menos significativas son de aproximadamente ±0.1 mm.

Se centra en la desviación máxima permitida en la geometría de una pieza que no involucra un parámetro de tamaño, incluyendo, entre otros, planitud, circularidad y paralelismo.

Los límites de ejemplo incluyen:

Una tolerancia de planitud podría definir una diferencia permitida de 0.005 mm.

El paralelismo con respecto a un eje definido puede ser de ±0.02 mm.

Define el límite máximo de variación en los ángulos medidos.

Ejemplos de rangos:

Se puede suponer que algunas piezas de acoplamiento críticas pueden tener una variación angular de ±0.1°.

Para algunos propósitos generales se permiten posibles variaciones de un ángulo de hasta ±0.5°.

Regula la precisión de la forma predeterminada del componente.

Ejemplos de asignaciones:

La circularidad tiene una posible desviación de 0.003 mm para piezas de alta precisión.

La rectitud controlada se realiza en gran parte según estimaciones y depende del propósito.

Establece la posición precisa de una característica en relación con un dato.

Criterios de muestra:

La precisión posicional para componentes sensibles al ensamblaje puede requerir tolerancias no mayores a ±0.02 mm.

Especifica el grado de suavidad o rugosidad de la superficie de una pieza.

Criterios comunes:

Superficies altamente pulidas con valores Ra (rugosidad promedio) de 0.4 µm.

Valores Ra estándar de 3.2 µm para acabado mecanizado.

Respecto a los datos y consideraciones de estos tipos de tolerancia, el diseño mecánico asegura que las piezas funcionarán de manera confiable y eficaz dentro de las condiciones operativas requeridas.

Descripción general de las tolerancias geométricas

Las tolerancias geométricas son el aspecto más importante de la fabricación, ya que determinan la cantidad de variación permitida en la forma, el contorno y la orientación y ubicación de una pieza en el espacio. Estas tolerancias son fundamentales porque permiten el ajuste adecuado de los componentes y su correcto funcionamiento sin superposiciones ni obstrucciones indebidas. Los fabricantes pueden mejorar en gran medida la consistencia, reducir la repetición del trabajo durante el ensamblaje y aumentar la confiabilidad del producto al minimizar la cantidad de desviación permitida.

¿Cómo funciona la zona de tolerancia de perpendicularidad?

Entendiendo el concepto de zona de tolerancia

La tolerancia de perpendicularidad garantiza que una característica, como una superficie o un eje, se encuentre en un ángulo de una superficie o un eje perpendicular a un dato especificado. La zona de tolerancia para la perpendicularidad es, por lo general, un volumen cilíndrico o plano en el que debe estar una característica para cumplir con el diseño. Para un eje, la zona de tolerancia se da como un cilindro coaxial al eje del dato. El diámetro del cilindro es igual a la tolerancia especificada.

Consideremos un ejemplo para una mejor comprensión.

Característica: Un agujero cilíndrico con una tolerancia de perpendicularidad en una placa base para el agujero.

Tolerancia de perpendicularidad especificada: ±0.02 mm.

Zona de tolerancia: Un volumen cilíndrico con un radio de 0.02 mm que es concéntrico al eje nominal del orificio.

Las ventajas notables son:

Precisión de ensamblaje mejorada: al minimizar la desviación angular, los problemas de alineación durante el ensamblaje se vuelven menos problemáticos.

Funcionalidad mejorada del producto: brinda garantía de que las piezas se mueven según lo previsto, especialmente para las piezas mecánicas que tienen restricciones de movimiento.

Procesos de fabricación consistentes: el control angular mejorado reduce la variabilidad dentro de los lotes de producción.

Algunos de los instrumentos necesarios para definir y cuantificar la tolerancia de perpendicularidad son las placas de superficie, los medidores de altura y las máquinas de medición por coordenadas (que son potentes máquinas de medición). Estas mediciones ayudan a cumplir con el propósito del diseño y eliminan las posibilidades de fallas funcionales en la etapa final del producto.

Comprender el papel del dato en la perpendicularidad

Como punto de referencia, el marco de referencia a partir del cual se mide la perpendicularidad es crucial porque la característica específica que se está observando debe cumplir con ciertos requisitos. Consideremos, por ejemplo, un orificio en una pieza de una máquina que debe ser perpendicular a una superficie. La superficie se toma como el punto de referencia principal A y todas las demás mediciones se toman con respecto a ella. Con una CMM, la máquina gira alrededor de A, midiendo así qué tan desalineado está el ángulo con respecto a la superficie que se está escaneando.

Requisito de diseño: El orificio mecanizado debe estar dentro de una tolerancia de perpendicularidad de más o menos 0.02 mm alrededor del punto de referencia A.

Resultados reales – Resultados de la medición (conjunto de muestra):

Muestra 1: 0.015 mm

Muestra 2: 0.018 mm

Muestra 3: 0.016 mm

Muestra 4: 0.019 mm

Tasa de cumplimiento: Todas las muestras, el 100%, cumplen con las tolerancias establecidas.

La información proporcionada destaca la necesidad de una configuración y medición precisas de los datos de referencia para cumplir con tolerancias geométricas estrictas. Se pueden lograr tasas de defectos consistentes y reducidas en todos los lotes de producción mediante referencias de datos bien definidas.

El efecto de la perpendicularidad del eje en las especificaciones

Los elementos mecánicos dependen en gran medida de la perpendicularidad de los ejes. Una perpendicularidad adecuada es fundamental para lograr la alineación angular deseada durante el ensamblaje y evitar la desalineación y sus efectos negativos en el desgaste y la eficiencia operativa. Las tolerancias especificadas son esenciales para obtener productos confiables y para extender la longevidad de los ensamblajes.

¿Por qué el dato es esencial en la tolerancia de perpendicularidad?

El impacto que tienen los datos de referencia en el control de la perpendicularidad

En los sistemas mecánicos, un punto de referencia es un punto o superficie que se utiliza para garantizar que se alcance la perpendicularidad. Proporciona un marco específico a partir del cual se pueden controlar de forma eficaz las mediciones y tolerancias precisas. Por ejemplo, supongamos que un determinado eje cilíndrico tiene que ser perpendicular a una placa base. La placa base es el punto de referencia y todas las mediciones de perpendicularidad del eje se toman en relación con esta superficie. De esa forma, no hay confusión y se mantiene una fabricación uniforme de un lote a otro.

Datos de ejemplo:

Diámetro del eje – 50 ± 0.05 mm

Tolerancia de perpendicularidad: 0.02 mm con respecto a la placa base de referencia

Planitud de la superficie de referencia: 0.01 mm

Con definiciones tan claras, los ingenieros pueden diseñar el eje de tal manera que cumpla verdaderamente su propósito después del ensamblaje. El análisis de las desviaciones de perpendicularidad demuestra otros errores sistemáticos como: desplazamiento angular o protrusión/hundimiento de superficies que pueden remediarse mejorando el mecanizado o cambiando las herramientas para una mejor calibración.

Estudio de caso: Ejemplo que implica perpendicularidad de la superficie

En los procesos de ingeniería de precisión, la perpendicularidad de una superficie debe mantenerse dentro de las tolerancias dadas para evitar desviaciones que resulten en dislocaciones del conjunto y un funcionamiento mecánico defectuoso. Por ejemplo, se puede mantener una tolerancia de perpendicularidad de 0.02 mm sin causar un desplazamiento angular excesivo del movimiento a lo largo de sistemas rotatorios o lineales. Estas tolerancias se pueden medir y verificar con gran precisión utilizando herramientas de metrología avanzadas como máquinas de medición de coordenadas (CMM) y escáneres láser. Además, los procesos de mecanizado automatizados con bucles de retroalimentación pueden corregir fácilmente los errores durante los procesos de fabricación para cumplir de manera constante con las tolerancias especificadas.

¿Cómo medir la perpendicularidad en ingeniería?

Estrategias y métodos para lograr precisión en la medición

Para lograr precisión en la medición de la perpendicularidad, las herramientas y técnicas utilizadas difieren en función de los requisitos de precisión y la complejidad de la medición del componente. Una herramienta que se utiliza con frecuencia es la máquina de medición por coordenadas (CMM), que puede medir con una precisión de ± 0.001 mm. Una CMM mide palpando la superficie del objeto y comparando las coordenadas medidas con el diseño geométrico especificado. Por otro lado, los láseres escanean las piezas, creando una nube de puntos con modalidades sin contacto, lo que permite el análisis de la perpendicularidad de las piezas sobre superficies intrincadas.

Otro método es el de los comparadores ópticos, que permiten la inspección angular ampliando el perfil del componente y examinándolo visualmente. En entornos de alta producción, se utilizan sistemas automatizados con bucles de control de retroalimentación en tiempo real para verificar la perpendicularidad en el proceso de mecanizado para garantizar que se cumplan las tolerancias. Además, se han diseñado herramientas menos precisas pero fiables para verificar la perpendicularidad especialmente para componentes menos complicados mediante placas angulares y calibres cuadrados.

Herramienta: Escáner láser

Precisión: ±0.005 mm

Caso de uso: Medición de superficies frágiles o complejas sin realizar esfuerzo en la superficie.

Herramienta: Máquina de medición por coordenadas (CMM)

Precisión: ±0.001 mm

Caso de uso: Piezas que requieren alta precisión en aeroespacial o automotriz las industrias.

Herramienta de medición: Comparador óptico

Precisión de estimación: ±0.01 mm (según el aumento)

Dominio de aplicación: Comparación de relaciones angulares y de perfil a simple vista.

Problemas frecuentes que se encuentran al medir la perpendicularidad

Descripción: Las superficies no uniformes o rugosas pueden provocar errores de medición, ya que no son fáciles de controlar y los instrumentos deben depender de que se cumplan las condiciones operativas normales.

Impacto: Esto tiene el potencial de resultar en ángulos erróneos y una alineación incorrecta.

Mitigación: Es necesario pulir o limpiar la superficie antes de tomar la medición.

Descripción: La vibración, los cambios de temperatura y la humedad afectan el rendimiento y la precisión de las herramientas de medición.

Impacto: Las dimensiones pueden alterarse por la expansión o contracción térmica, lo que genera lecturas erróneas.

Mitigación: Las mediciones deben tomarse en un entorno controlado con factores estabilizados.

Descripción: No existe un nivel estándar de medida como el cuadrado que es más fácil, en manos de una persona no experta, casi siempre tiene una porción fija de valor.

Impacto: La falta de mano de obra calificada produce resultados de medición poco confiables o irrepetibles.

Mitigación: Proporcionar capacitación a los operadores y, cuando sea posible, incorporar dispositivos de medición automática.

Descripción: La verificación de la precisión de las mediciones puede no ocurrir con frecuencia, lo que genera resultados inexactos después de largos períodos de tiempo.

Impacto: Después de varias mediciones, una mala calibración afectará la precisión de los datos.

Mitigación: Crear un cronograma para el mantenimiento y calibración de todas las herramientas de trabajo.

Descripción: Las herramientas de medición tradicionales tienen limitaciones con formas muy detalladas y tridimensionales.

Impacto: El uso de herramientas no apropiadas para la geometría de un componente puede generar errores.

Mitigación: Utilice CMM o escáneres láser diseñados para esas tareas específicas.

¿Cuál es la relación entre paralelismo y perpendicularidad?

Comprensión del paralelismo en la tolerancia geométrica

El paralelismo, al igual que la perpendicularidad, es una de las características geométricas que se controlan en el proceso de fabricación e ingeniería. Describe la condición de dos superficies, una superficie y un punto de referencia o un eje y un punto de referencia, con respecto a la distancia entre ellas a lo largo de su longitud. La importancia del paralelismo es clara en las partes donde sus relaciones deben mantenerse más estrechamente, como en el caso de la maquinaria, los conjuntos y las características estructurales.

Detalles y datos sobre el paralelismo:

Representación Simbólica: En los dibujos de dimensionamiento y tolerado geométrico (GD&T) el paralelismo se representa mediante dos líneas horizontales paralelas (//) donde también se debe adjuntar el valor de tolerancia que define cuanto puede desviarse la característica.

Instrumentos de medición:

Indicadores de cuadrante con placas de superficie: se emplean principalmente para superficies horizontales planas.

Máquinas de medición por coordenadas (CMM): ayudan a medir componentes planos y cilíndricos con mayor precisión.

Perfiladores ópticos o escáneres láser: para piezas complejas y frágiles son muy adecuados.

Valores de tolerancia de ejemplo:

En el caso de componentes precisos como ejes o pistones, una tolerancia de paralelismo de alrededor de ±0.002 pulgadas (±0.05 mm) es normal.

Para los elementos estructurales, las tolerancias se establecen en un nivel menos estricto, que podría permitir una desviación de aproximadamente ±0.01 pulgadas (±0.25 mm).

Efectos de la no conformidad:

Los errores de cálculo de los conjuntos pueden provocar que no estén orientados correctamente, especialmente cuando se pierde el paralelismo, lo que da lugar a problemas de rendimiento.

La distribución desigual de la tensión a menudo contribuye a un desgaste excesivo o incluso a una falla catastrófica de los componentes móviles.

Estrategias de mitigación:

Calibración de instrumentos de medición para garantizar un rendimiento óptimo.

Aplicando Procesos de mecanizado como el rectificado. o perfeccionar para lograr mejores controles de paralelismo.

Controles rutinarios de los procesos de fabricación a mitad y al final del ciclo de producción para detectar anomalías de forma temprana.

La incorporación y el respeto de las tolerancias geométricas de paralelismo garantizan que los fabricantes logren compatibilidad, eficacia y confiabilidad en sus productos. Estos, junto con los procesos de medición y maquinaria modernos, mejoran en gran medida el control de calidad. Comparación de perpendicularidad y paralelismo en el diseño Especificaciones de perpendicularidad: Definición: La perpendicularidad es una característica o superficie que se interseca con un dato u otra característica en un ángulo exacto de 90°.

Valores de tolerancia más comunes: Tolerancias estrictas: (0.001-0.005”/0.025-0.127 mm) Los componentes muy precisos, como los que se encuentran en la industria aeroespacial o en dispositivos médicos, siempre emplean estas tolerancias. Tolerancias estándar: (0.01-0.03”/0.25-0.76 mm) Se utilizan en trabajos mecánicos cotidianos como piezas de automóviles.

Factores influyentes: Deflexión de la herramienta durante el mecanizado, desplazamiento del material por sobrecalentamiento o tensión mecánica.

Especificaciones de paralelismo: Definición: El paralelismo es la condición en la que dos superficies/características se mantienen a una distancia constante predeterminada respecto de un dato.

Tolerancias estrictas: (±0.002 a ±0.01 pulgadas / ±0.05 a ±0.25 mm) Por ejemplo, al intentar alinear guías lineales o superficies para cojinetes, se requerirán tolerancias estrictas.

Tolerancias generales (±0.03 a ±0.05 pulgadas/±0.76 a ±1.27 mm) Las aplicaciones menos precisas encajarían en esta categoría.

Aspectos reguladores:

La precisión de la máquina herramienta.

Mecanizado abrasivo y su utilización.

Métodos de medida:

Máquinas de medición de coordenadas (CMM)

Se utiliza en piezas con geometrías más complejas y con tolerancias ajustadas.

También pueden medir la perpendicularidad y el paralelismo de la superficie con una precisión de ±0.0001 pulgadas (±0.0025 mm).

Indicadores de cuadrante y placas de superficie:

También son comunes métodos más manuales para verificar estas mediciones.

Se utilizan para comprobar superficies sin refinar o dimensiones más grandes para ser más precisos.

Escáneres láser:

Ayuda a tomar medidas rápidas sin contacto.

Pueden capturar datos de manera eficaz de componentes delicados o grandes.

La fabricación aeroespacial de un álabe de turbina requiere que la perpendicularidad de la base del álabe y el eje de rotación se encuentre dentro de ± 0.002 pulgadas (± 0.05 mm). Si se saliera de este rango, se producirían vibraciones y se reduciría la eficiencia.

En el caso de un bloque de motor de automóvil, para garantizar una compresión adecuada junto con el rendimiento del motor, el paralelismo entre las cubiertas y los orificios debe mantenerse dentro de ±0.01 pulgadas (±0.25 mm).

Los fabricantes pueden alcanzar los estándares deseados de precisión con paralelismo y perpendicularidad mediante el estudio de tolerancias y el uso de técnicas de medición sofisticadas, mejorando aún más la calidad y la confiabilidad del producto.

Cómo la característica del tamaño afecta ambos conceptos

El tamaño es un parámetro importante tanto para la tolerancia de paralelismo como para la perpendicularidad de las características, ya que las variaciones de geometría permisibles están asociadas directamente con el tamaño. Por ejemplo, las características más grandes tienden a tener tolerancias más altas, mientras que las características más pequeñas tienden a ser más estrictas para garantizar que se mantenga la funcionalidad de la pieza. La llegada de las herramientas de metrología modernas, en concreto, las máquinas de medición por coordenadas (CMM) y los rastreadores láser, permiten realizar evaluaciones precisas de las variaciones geométricas basadas en el tamaño. Estos dispositivos tienen algoritmos diseñados para un valor nominal específico de la característica, lo que garantiza que se cumplan las tolerancias especificadas. Además, el uso del control estadístico de procesos (CEP) reduce las posibilidades de no conformidades, optimizando así la precisión de los procesos de fabricación.

Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Qué significa perpendicularidad en el contexto de GD&T?

R: La perpendicularidad se refiere a la tolerancia de orientación que regula la alineación de una característica, como una superficie o un eje, perpendicular a un plano de referencia o eje en el dimensionamiento y tolerancia geométricos (GD&T). Garantiza que la característica exista dentro de la zona de tolerancia especificada, determinada por la indicación de perpendicularidad.

P: ¿Cómo se aplica la perpendicularidad a una característica?

R: La perpendicularidad se aplica a una característica por medio de un marco de control de característica que indica el límite de tolerancia de perpendicularidad, que es la tolerancia que rige el control de la desviación de la característica de la perpendicularidad perfecta a un plano de referencia o eje de referencia.

P: ¿Cuál es un ejemplo sencillo de perpendicularidad de superficies?

A: Un ejemplo simple de perpendicularidad de superficie es una superficie plana que debe ser perpendicular a un plano de referencia. La indicación de perpendicularidad de superficie en el marco de control de características define la zona de tolerancia dentro de la cual debe encontrarse la superficie para lograr la orientación adecuada.

P: ¿Cómo se define la perpendicularidad en un plano de referencia?

A: La perpendicularidad de una característica se mide en relación con un plano de referencia. Debe estar situada de forma que la característica especificada sea perpendicular al plano, a la vez que la característica se encuentra dentro de la zona de tolerancia bidimensional resultante de la indicación de perpendicularidad.

P: ¿Cuál es la relación entre la tolerancia “adicional” y la perpendicularidad?

R: Cuando se agrega un orificio o corte adicional que se puede realizar sin agregar ningún material nuevo, llamado "Bonus", la tolerancia "Bonus" se vuelve aplicable al requisito de perpendicularidad y se almacena en una condición menos restrictiva que es más difícil de cumplir.

P: ¿Puedes explicar la perpendicularidad de un agujero?

A: La perpendicularidad de un orificio se relaciona con la relación del eje del orificio en la característica con el plano o eje de un dato. La tolerancia del marco de control de la característica garantiza que el eje del orificio se encuentre dentro de la zona de tolerancia y, por lo tanto, controla el error de perpendicularidad.

P: ¿La perpendicularidad controla directamente el tamaño de una característica?

R: No, la perpendicularidad no controla el tamaño de la característica. Controla la posición de la característica con respecto al dato. Además, la característica suele estar controlada por otras características de dimensión de tamaño que limitan el ancho o la profundidad del orificio o la característica.

P: ¿Qué significa ver la perpendicularidad como un refinamiento?

R: Considerar la perpendicularidad como un refinamiento define la tolerancia utilizada para especificar la orientación de una característica con respecto a otra perpendicular al eje y utiliza más que las tolerancias básicas de tamaño y posición. Impone una característica complementaria que garantiza la alineación adecuada de las características perpendiculares al dato de referencia, lo que da como resultado una mejora en la calidad de la pieza.

P: ¿Cuál es el símbolo de perpendicularidad en GD&T y cómo se representa?

A: La perpendicularidad en GD&T se marca con un símbolo de “T” invertido. Este símbolo se incorpora en el marco de control de características como un símbolo de especificación del requisito de perpendicularidad junto con sus límites de tolerancia.

P: ¿Por qué es importante especificar la perpendicularidad en la fabricación de componentes y conjuntos?

R: Dejar que una característica sea perpendicular en la fabricación es fundamental porque los componentes deben estar integrados y funcionar juntos correctamente sin dificultades. Una tolerancia definida para la perpendicularidad permite al fabricante controlar la posición de las características en un conjunto, lo que minimiza la posibilidad de que las piezas no estén alineadas correctamente y, posteriormente, ensambladas correctamente.

Fuentes de referencia

1. Análisis de la interacción de la tolerancia geométrica de máquinas herramienta multiejes basado en el modelo cinemático Jacobiano-Torsor (Chen et al., 2023, págs. 240–249)

Conclusiones principales:

• Se desarrolló una metodología de modelado para describir la relación entre el rango de tolerancia geométrica de mecanizado y el dominio de movimiento de los ejes de la máquina herramienta basado en una teoría jacobiana-torsor mejorada.
• Se derivaron fórmulas generales para la expresión de tolerancias geométricas y se realizaron experimentos en cinco máquinas herramienta de cuatro ejes para verificar la efectividad del modelo cinemático Jacobiano-Torsor propuesto.

Metodología:

• Centrado en el desarrollo de una metodología de modelado para describir la relación entre el rango de tolerancia geométrica de mecanizado y el dominio de movimiento de los ejes de la máquina herramienta.
• Se utilizó una teoría jacobiana-torsor mejorada para derivar fórmulas generales para la expresión de tolerancias geométricas.
• Se realizaron experimentos en cinco máquinas herramienta de cuatro ejes para verificar la eficacia del modelo cinemático Jacobiano-Torsor propuesto.

2. “Un modelo de mapeo entre la tolerancia geométrica de la pieza de trabajo y el error de posición final de la máquina herramienta CNC considerando la distorsión estructural del sistema de proceso de corte” (Lin y otros, 2021)

Conclusiones principales:

• Se presentó un modelo de mapeo entre la tolerancia geométrica de la pieza de trabajo y el error de posición final (error de posición y orientación de la herramienta con respecto a la pieza de trabajo) de la máquina herramienta, considerando la distorsión de la estructura del sistema de proceso de corte.
• Analizó las deformaciones elásticas del sistema de proceso de corte causadas por la fuerza de corte y ajustó el rango de variación estimado del error de posición final en consecuencia.
• Se tomó la pieza de prueba de procesamiento de contorno de tamaño pequeño estándar internacional como ejemplo para explicar el proceso de aplicación del modelo propuesto.

Metodología:

• Se estableció la relación entre los requisitos de tolerancia geométrica de la pieza de trabajo y el error de pose relativo al final de las máquinas herramienta, considerando únicamente los factores de los errores geométricos de las máquinas herramienta.
• Analizó las deformaciones elásticas del sistema de proceso de corte causadas por la fuerza de corte y ajustó el rango de variación estimado del error de posición final.
• Se utilizó la pieza de prueba de procesamiento de contorno de tamaño pequeño estándar internacional como caso de estudio para demostrar la aplicación del modelo propuesto.

3. “Enfoque de regulación de la rigidez para la optimización de la tolerancia geométrica en el fresado de extremos de componentes de paredes delgadas” (Agarwal y Desai, 2021, págs. 1–34)

Conclusiones principales:

• Se propuso un nuevo enfoque para optimizar las tolerancias geométricas (planitud y cilindricidad) mediante la manipulación de la rigidez entre las secuencias de corte de desbaste y acabado durante el fresado de componentes de paredes delgadas.
• Se desarrolló un modelo de fuerza mecanística combinado, un modelo de deflexión de la pieza basado en análisis de elementos finitos (EF) y una técnica de optimización de enjambre de partículas (PSO) para determinar la disposición óptima del material a lo largo del componente, regulando así la rigidez.
• Se validó el algoritmo propuesto determinando las geometrías semiacabadas reguladas por rigidez para componentes de paredes delgadas con diferentes configuraciones y realizando experimentos de fresado de extremos.

Metodología:

• Se combinó un modelo de fuerza mecanística, un modelo de deflexión de la pieza basado en análisis EF y una técnica PSO para optimizar las tolerancias geométricas.
• Se determinó la disposición óptima del material a lo largo del componente de pared delgada para regular la rigidez y mejorar la tolerancia geométrica.
• Validó el enfoque propuesto mediante simulación, experimentación y comparación con un enfoque tradicional.

Tolerancia de ingeniería

Perpendicular