I materiali dello stilo diventano più leggeri, più rigidi e più resistenti

Sep 01, 2023

Sfoglia il catalogo di qualsiasi macchina di misura a coordinate (CMM) o stilo per macchina utensile e vedrai una vasta gamma di materiali disponibili tra cui scegliere. Naturalmente, i vecchi standard – sfere di rubino, alberi in carburo e basi in acciaio inossidabile – sono ancora lì. Ma oggi troverai nitruro di silicio, zirconia, acciaio, diamante, fibra di carbonio, ceramica, titanio e altro ancora. Ciò porta a molte domande sul materiale migliore per il lavoro. In questo articolo esploreremo i materiali e i loro vantaggi e svantaggi.

In risposta all'evoluzione dei mercati, gli stili per macchine utensili e per macchine utensili stanno diventando più leggeri, più rigidi e più resistenti all'usura.

Oggi esistono numerose scelte di materiali quando si scelgono gli stili per una sonda CMM o per macchina utensile.

Se non sei sicuro della scelta migliore per la tua particolare applicazione, contatta il produttore dello stilo per un consiglio.

Le prime CMM utilizzavano uno stilo posizionato manualmente in acciaio temprato. Allora, i progetti degli stili erano limitati a una sfera d'acciaio brasata su uno stelo d'acciaio, mezzo cilindro d'acciaio e un cono d'acciaio progettato per essere pressato in un foro in modo da individuare rapidamente il punto centrale. L'operatore tiene lo stilo su una superficie, contro un bordo, o lo preme in un foro, quindi preme un interruttore a pedale per registrarne la posizione.

I sistemi di sonda sono migliorati rapidamente, così come gli stili. Le prime sonde a contatto utilizzavano uno stilo a sfera simile a quelli utilizzati oggi. Le sfere erano d'acciaio e gli alberi non erano filettati. Invece delle filettature, una vite di fissaggio teneva l'albero in posizione. Il familiare stilo a tre pezzi di oggi, costituito da una sfera, uno stelo e una base filettata, è apparso negli anni '80 con la proliferazione delle teste di misura a contatto su CMM e macchine utensili.

Il rubino è ancora il materiale delle sfere preferito per la maggior parte delle applicazioni di macchine utensili e CMM. Le sfere di rubino sono relativamente economiche e resistenti all'usura. Il carburo di tungsteno, grazie alla sua rigidità intrinseca, viene spesso utilizzato per gli alberi o gli steli degli stili. L'acciaio inossidabile è il materiale più comune per le basi filettate.

Allora cosa significano tutti questi nuovi materiali?

Con l'evoluzione dei sistemi di misurazione e tastatura, si sono evoluti anche i requisiti relativi agli stili. Molti dei sistemi di tastatura odierni pongono limiti alla lunghezza e al peso dello stilo. Questi limiti creano la necessità di materiali che riducano il peso e che forniscano comunque una rigidità sufficiente. Alcune CMM sono progettate per funzionare in fabbrica. Questi richiedono utensili resistenti alle fluttuazioni di temperatura. I “bracci” CMM azionati manualmente sono comuni nelle odierne aree di produzione e ispezione. Queste CMM manuali necessitano di stili robusti costruiti con materiali in grado di resistere all'uso manuale.

Gli stili delle macchine utensili, invece, incorporano un cosiddetto “fusibile meccanico”. La maggior parte degli stili per macchine utensili sono progettati per rompersi in caso di collisione, per evitare danni alla macchina o alla testa della sonda.

Man mano che le parti mediche ed elettroniche si riducono di dimensioni, anche gli stili si riducono. Non molto tempo fa, gli stili con sfere inferiori a 1,5 mm erano considerati esotici. Erano ritenuti fragili e difficili da calibrare. Oggi sono all'ordine del giorno. Recentemente sono stati introdotti stili con sfere da 0,2 mm (0,008”) di diametro per servire questo campo in espansione. Per metterlo in prospettiva, una pallina da 0,2 mm è più piccola del punto alla fine di questa frase.

Questi cambiamenti hanno indotto l’introduzione di nuovi materiali per soddisfare queste esigenze in evoluzione. Ecco una panoramica dei materiali che compongono i componenti principali di uno stilo: 1) la sfera, 2) lo stelo e 3) la base filettata.

LA PALLA

Le sfere in rubino sintetico sono lo standard del settore. Il rubino è secondo solo al diamante in durezza e quindi presenta una resistenza all'usura superiore. Il rubino ha un coefficiente di attrito relativamente basso, il che lo rende una buona scelta per applicazioni che implicano il rilevamento del contatto continuo o la "scansione". Tuttavia, durante la scansione di alluminio non trattato, l'alluminio tende ad accumularsi sulla superficie della sfera, rendendola inadatta per un ulteriore utilizzo. Inoltre, le superfici abrasive possono usurare una zona piatta su una sfera di rubino. Per queste applicazioni consigliamo sfere in nitruro di silicio.