¿Qué determina la precisión de una máquina CNC? Esta pregunta es vital para cualquiera que trabaje en la industria del mecanizado. En este artículo, exploraremos los factores clave que afectan a la precisión del mecanizado, como la precisión geométrica y de posicionamiento, y las diferencias entre los sistemas de control de bucle cerrado completo y de bucle semicerrado. Descubrirá cómo afectan estos elementos a la precisión de las operaciones CNC y qué puede hacer para mejorarla. Sumérjase para comprender cómo conseguir unos resultados de mecanizado óptimos y asegurarse de que sus máquinas CNC rinden al máximo.
En la industria del mecanizado, "precisión de mecanizado" es un término común que se utiliza con frecuencia. Se menciona varias veces a lo largo del día y, cuando se habla con personas del sector, siempre se menciona la precisión de mecanizado.
Entonces surge la pregunta: ¿cómo puede garantizar la máquina CNC la precisión del mecanizado?
La precisión de Máquina CNC depende en última instancia de la precisión de la propia máquina herramienta. Esta precisión incluye diversos factores, como la precisión geométrica, la precisión de posicionamiento, la precisión de repetición de posicionamiento y la precisión de corte.
Precisión geométrica:
También se conoce como precisión estática, que refleja de forma exhaustiva los errores geométricos de los componentes clave del Máquinas herramienta CNC después del montaje.
Posición de la precisión:
Esto demuestra la precisión del movimiento de la máquina herramienta que se mide mientras está bajo el control del dispositivo de control numérico. En función del valor de precisión de posicionamiento medido, se puede determinar la precisión óptima para mecanizar la pieza en el proceso de mecanizado automatizado de la máquina herramienta.
La precisión de posicionamiento se refiere a la diferencia entre la posición real de la pieza o herramienta y la posición estándar (posición teórica o ideal). Cuanto menor sea la diferencia, mayor será la precisión.
Garantizar la precisión del procesamiento de las piezas depende de lograr una alta precisión de posicionamiento, que es un requisito previo crucial.
Ra precisión de posicionamiento
Se refiere a la consistencia en la precisión de la posición obtenida al ejecutar repetidamente el mismo código de programa en a CNC máquina herramienta. También incluye la coherencia de los resultados obtenidos al procesar un lote de piezas en las mismas condiciones, como utilizar la misma máquina herramienta CNC y los mismos métodos de funcionamiento, y con el mismo programa de piezas.
Precisión de corte:
Se trata de una inspección exhaustiva de la precisión geométrica y de posicionamiento de la máquina herramienta durante las operaciones de corte.
De acuerdo con lo anterior, la precisión de las máquinas herramienta CNC se divide en aspectos mecánicos y eléctricos. Los aspectos mecánicos abarcan la precisión del husillo, incluidas la excentricidad y la barra colectora, la precisión del husillo, la precisión de la fijación durante el procesamiento y la rigidez de la Máquina-Herramienta.
Los aspectos eléctricos se refieren principalmente a los métodos de control, como el bucle semicerrado y el bucle totalmente cerrado, los métodos de retroalimentación y compensación, y la precisión de interpolación durante el procesamiento.
Por lo tanto, la precisión de la máquina herramienta no depende únicamente de si es totalmente de bucle cerrado o no.
La cadena de movimiento de las máquinas herramienta CNC incluye los siguientes componentes: Dispositivo CNC → servocodificador → servoaccionamiento → motor → tornillo → piezas móviles.
En función de la posición de instalación del dispositivo de detección de posición, el control puede clasificarse en tres tipos: control de bucle totalmente cerrado, control de bucle semicerrado y control de bucle abierto.
Servosistema de alimentación con control de bucle totalmente cerrado
La máquina herramienta está equipada con dispositivos de detección de posición, como reglas de rejilla y sincronizadores de inducción lineal, que se instalan en sus piezas móviles, como los bancos de trabajo. Estos dispositivos proporcionan información en tiempo real sobre la posición de las piezas móviles.
Una vez que el sistema CNC procesa la información, el estado de la máquina herramienta se transmite al servomotor. A continuación, el servomotor compensa automáticamente cualquier error de movimiento mediante el comando del sistema.
Sin embargo, dado que implica el control en bucle cerrado de los grandes eslabones de inercia del husillo principal, el par de tuercas y la mesa de la máquina herramienta, puede resultar más complicado depurar el sistema en un estado estable.
Además, instalar dispositivos de medición, como reglas de rejilla y sincronizadores de inducción lineal, puede resultar caro y complicado, lo que puede provocar oscilaciones.
Por lo tanto, la mayoría de las máquinas herramienta generales no utilizan un control de bucle cerrado completo.
Servosistema de alimentación de control de bucle semicerrado
Se instala un dispositivo de detección de posición en el extremo del motor de accionamiento o en el extremo de la varilla del husillo para detectar el ángulo de rotación del husillo o del servomotor. Esto ayuda a medir indirectamente la posición real de las piezas móviles de la Máquina-Herramienta, que se envía de vuelta al sistema de control mediante realimentación.
Con los avances en la fabricación mecánica y las mejoras en la precisión de los elementos de detección de velocidad y los pasos de husillo, las máquinas herramienta CNC de bucle semicerrado han alcanzado un nivel bastante alto de precisión de avance.
Como resultado, la mayoría de los fabricantes de máquinas herramienta han adoptado ampliamente la tecnología de bucle semicerrado. Sistemas CNC.
Completamente sistema de control de bucle cerrado
Los dispositivos de detección de posición, como las reglas de rejilla y los sincronizadores de inducción lineal, tienen distintos niveles de precisión, que oscilan entre ±0,01 mm y ±0,003 mm. El nivel de precisión afecta a la precisión de posicionamiento, e incluso con un control de bucle cerrado completo pueden producirse errores.
La detección de la posición también se ve afectada por las propiedades térmicas, concretamente por la deformación térmica. Los dispositivos de medición suelen estar fabricados con materiales nomateriales metálicosy el coeficiente de dilatación térmica varía entre los distintos componentes de la máquina herramienta.
Este es un aspecto crítico de la precisión de las máquinas herramienta y debe abordarse reduciendo la generación de calor durante el mecanizado para superar la deformación térmica causada por la temperatura. Las máquinas-herramienta de gama alta utilizan varios métodos, como la refrigeración del hueco del husillo, la lubricación del raíl guía y la refrigeración a temperatura constante del fluido de corte para reducir la deformación térmica.
La instalación del dispositivo de detección de posición también es crucial. En teoría, cuanto más cerca esté del eje de accionamiento (par de tornillos), más precisa será la medición. Sin embargo, debido a las limitaciones de espacio estructural, solo hay dos formas de instalar la regla de rejilla: cerca del lateral del husillo principal o en el exterior del raíl guía.
Aunque se recomienda optar por el primer método de instalación, puede resultar incómodo a efectos de inspección y mantenimiento. Por otro lado, aunque se seleccionó una regla de rejilla de alta precisión, no consiguió alcanzar la exactitud necesaria para las máquinas herramienta CNC.
En el primer caso, la posición de instalación de la regla de enrejado está relativamente cerca del eje de accionamiento, pero sigue manteniendo cierta distancia respecto a él. Esta distancia, unida a la oscilación del objeto durante la conducción, causa problemas para detectar y controlar la regla de rejilla.
Cuando el objeto impulsado se desplaza hacia el lado de montaje de la regla de rejilla, ésta confunde la velocidad de desplazamiento como insuficiente durante la detección, por lo que el sistema emite una señal de aceleración. Cuando el objeto impulsado oscila hacia el otro lado, la regla de rejilla confunde la velocidad de movimiento como demasiado rápida durante la detección, y el sistema emite una señal de desaceleración.
Estas operaciones repetidas no mejoran el control de los ejes de coordenadas lineales de la máquina herramienta CNC, sino que intensifican la vibración del objeto motriz. Esto conduce a un fenómeno peculiar en el que el bucle totalmente cerrado no es tan bueno como el bucle semicerrado.
Impacto medioambiental de la producción:
Por lo general, las fábricas de mecanizado tienen entornos duros, en los que el polvo y las vibraciones son fenómenos habituales. Sin embargo, las reglas de rejilla y los sincronizadores de inducción lineal son componentes de precisión que miden la posición relativa de movimiento mediante la reflexión de la luz.
El polvo y las vibraciones son los dos factores que más afectan a la precisión de las mediciones. Además, la niebla de aceite de corte y la niebla de agua son más graves durante el mecanizado de la máquina herramienta, lo que afecta en gran medida a la regla de rejilla y al sincronizador de inducción lineal.
Por lo tanto, si se utiliza un sistema de control de bucle totalmente cerrado, es esencial garantizar una instalación y un sellado adecuados y mejorar el entorno de producción. De lo contrario, la precisión de la nueva máquina herramienta, que en un principio era buena, disminuirá en el plazo de un año, y la máquina se alarmará con frecuencia.
Sistema de control de bucle semicerrado
Como el dispositivo de medición suele instalarse en la parte superior del motor o del husillo, es más fácil sellarlo, lo que hace innecesarios los requisitos medioambientales.
El error de precisión del sistema de control de bucle semicerrado depende principalmente de la holgura de avance y retroceso del tornillo.
Gracias a los avances en la tecnología de procesamiento mecánico, el nivel actual de fabricación de husillos importados es relativamente alto. Los pares de husillos de alta precisión eliminan prácticamente el juego de avance y retroceso.
Además, durante el proceso de ensamblaje, el par de husillos adopta un par de husillos a bolas de doble hilera inversa, que puede eliminar por completo la holgura hacia delante y hacia atrás.
Muchas fábricas de máquinas-herramienta utilizan el método de estiramiento previo durante el montaje de la máquina-herramienta para eliminar el impacto de la deformación térmica en la precisión del accionamiento del tornillo.
Por lo tanto, el actual sistema de control de bucle semicerrado puede garantizar una alta precisión de la máquina herramienta.
En resumen, puede observarse que, en teoría, el control de bucle totalmente cerrado puede mejorar la precisión de posicionamiento básica en comparación con el control de bucle semicerrado si no se tienen en cuenta los factores externos. Sin embargo, si no se tienen en cuenta factores como el calor de la máquina, la contaminación ambiental, el aumento de la temperatura, las vibraciones y la instalación, el control de bucle totalmente cerrado puede tener peores resultados que el de bucle semicerrado.
Aunque puede funcionar bien a corto plazo, el polvo y los cambios de temperatura pueden afectar significativamente a los datos de retroalimentación de medición de la regla de rejilla a largo plazo, reduciendo así su eficacia.
Además, si hay algún problema con la regla de rejilla, genera una alarma, lo que puede provocar el mal funcionamiento de la máquina herramienta.
Debido a consideraciones de costes y a la competencia, el control de bucle cerrado completo para máquinas herramienta de gama media y baja se ha simplificado. Como consecuencia, algunos aspectos como la estanqueidad y el control del aumento de temperatura pueden no estar bien garantizados.
En tales casos, la simple configuración de la regla de rejilla no puede mejorar la precisión de la máquina herramienta, y puede acarrear costes significativos.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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