En la industria del mecanizado, la precisión del mecanizado es una palabra de moda constante, que se repite varias veces al día. Siempre que charla con alguien de la industria, casi siempre se menciona la precisión del mecanizado. Entonces, ¿qué garantiza exactamente la precisión del mecanizado de las máquinas herramienta? Este vídeo explica muy claramente el control eléctrico de precisión de máquinas herramienta. Echemos un vistazo.
Mira el vídeo en Wi-Fi
La precisión del mecanizado de las máquinas herramienta CNC depende en última instancia de la precisión de la propia máquina herramienta. La precisión de la máquina herramienta CNC incluye precisión geométrica, precisión de posicionamiento, repetibilidad y precisión de corte.
La precisión geométrica, también conocida como precisión estática, refleja de manera integral los errores de forma geométrica de los componentes clave de una máquina herramienta CNC después del ensamblaje.
Precisión de posicionamiento: Indica la precisión alcanzable del movimiento de cada parte móvil de la máquina herramienta bajo el control del dispositivo CNC. El valor de precisión de posicionamiento medido se puede utilizar para determinar la precisión óptima de mecanizado de la pieza de trabajo que se puede lograr durante el proceso de mecanizado automatizado de la máquina herramienta. Este valor hace referencia a la diferencia entre la posición real de una pieza o herramienta y la posición estándar (posición teórica, posición ideal). Cuanto menor sea la diferencia, mayor será la precisión. Es el requisito previo para garantizar la precisión del mecanizado de piezas.
La repetibilidad se refiere a la consistencia de la precisión de posicionamiento lograda al ejecutar repetidamente el mismo código de programa en una máquina herramienta CNC. Se refiere a la consistencia de los resultados sucesivos obtenidos al mecanizar un lote de piezas en idénticas condiciones (en la misma máquina herramienta CNC, con diferentes métodos de funcionamiento y el mismo programa de pieza).
La precisión de corte es un examen exhaustivo de la precisión geométrica y de posicionamiento de la máquina herramienta en condiciones de corte.
Como se puede ver arriba, la precisión de las máquinas herramienta CNC se divide en dos aspectos: mecánico y eléctrico. El aspecto mecánico incluye la precisión del husillo, como el descentramiento y la barra colectora; precisión del husillo; precisión de fijación durante el mecanizado; y rigidez de la máquina herramienta. El aspecto eléctrico implica principalmente métodos de control, como bucle semi-cerrado y bucle completamente cerrado, así como métodos de retroalimentación y compensación, y precisión de interpolación durante el mecanizado. Por lo tanto, la precisión de la máquina herramienta no está determinada por si la máquina herramienta tiene un circuito completamente cerrado.
I. Introducción al principio
La cadena cinemática de una máquina herramienta CNC consta de la unidad CNC → servocodificador → servoaccionamiento → motor → husillo → elemento móvil. Dependiendo de la ubicación de instalación del dispositivo de detección de posición, se clasifica como control de circuito completamente cerrado, circuito semicerrado o control de circuito abierto.
1. Sistema servo de alimentación de bucle-completamente cerrado
Se instala un dispositivo de detección de posición (como un codificador lineal o un sincronizador de inducción lineal) en el componente móvil de una máquina herramienta (como una mesa de trabajo) para proporcionar información-en tiempo real sobre la posición del componente móvil. Esta información es procesada por el sistema CNC y comunicada al servomotor, que luego compensa automáticamente los errores de movimiento según los comandos del sistema. Sin embargo, dado que estos componentes, como el tornillo de avance, el conjunto de tuerca y la mesa de la máquina, están contenidos dentro del circuito cerrado, depurar el sistema para garantizar un funcionamiento estable es complejo. Además, los dispositivos de medición como codificadores lineales y sincronizadores de inducción lineal son caros, complejos de instalar y pueden provocar oscilaciones. Por lo tanto, el control de bucle-completamente cerrado generalmente no se utiliza en máquinas herramienta.
2. Sistema servo de alimentación de bucle semi-cerrado-
Se instala un dispositivo de detección de posición en el extremo del motor de accionamiento o del tornillo de avance para detectar el ángulo de rotación del tornillo de avance o del servomotor, midiendo indirectamente la posición real del componente móvil de la máquina herramienta y proporcionando retroalimentación al sistema de control. Gracias a los avances en la fabricación mecánica y a las mejoras en la precisión de los elementos sensores de velocidad y el paso del husillo, las máquinas herramienta CNC de bucle semi-cerrado- ahora pueden lograr una precisión de avance notablemente alta. La mayoría de los fabricantes de máquinas herramienta adoptan ampliamente sistemas CNC de bucle semi-cerrado-.
II. Aplicaciones prácticas
1. Sistemas de control de bucle-completamente cerrados
Los dispositivos de detección de posición (como codificadores lineales y sincronizadores de inducción lineal) tienen diferentes niveles de precisión (±0,01 mm, ±0,005 mm, ±0,003 mm y ±0,02 mm). Por lo tanto, el control de bucle-completamente cerrado también tendrá errores y la precisión del posicionamiento se verá afectada por el nivel de precisión.
El rendimiento térmico (deformación térmica) del dispositivo de detección de posición. El dispositivo de medición generalmente está hecho de materiales no-metálicos y su coeficiente de expansión térmica es inconsistente con el de otros componentes de la máquina herramienta. Es un factor clave en la precisión operativa de la máquina herramienta. Por lo tanto, es necesario abordar la generación de calor durante el mecanizado para superar la deformación térmica inducida por la temperatura-. Las máquinas herramienta de alta-utilizan varios métodos, como enfriamiento de tornillos huecos, lubricación de guías y enfriamiento a temperatura constante-del fluido de corte, para reducir la deformación térmica durante el mecanizado.
También es muy importante la instalación del dispositivo de detección de posición. En teoría, cuanto más cerca esté del eje de accionamiento (conjunto de tornillos), más precisa será la medición. Debido a limitaciones de espacio, sólo hay dos formas de instalar una báscula: cerca del conjunto del husillo o fuera del riel guía. Se recomienda el primer método de instalación siempre que sea posible, pero es incómodo de inspeccionar y mantener. Por el contrario, incluso si se selecciona una escala de alta-precisión, es posible que en realidad no cumpla con los requisitos de precisión de la máquina herramienta CNC. Ya en el primer caso la báscula está montada relativamente cerca del eje de accionamiento, pero todavía queda una cierta distancia del eje. Esta distancia, combinada con la oscilación del objeto durante la conducción, crea desafíos importantes para la detección y el control de la báscula. Cuando el objeto oscila hacia la posición de montaje de la báscula, ésta interpreta erróneamente el movimiento como insuficiente y el sistema genera una señal de aceleración. Sin embargo, el objeto oscila inmediatamente hacia el otro lado y la báscula interpreta erróneamente el movimiento como excesivo, lo que genera una señal de desaceleración. Este ciclo repetitivo no logra mejorar el control de los ejes lineales de la máquina CNC y, en cambio, exacerba la vibración del objeto, lo que lleva al fenómeno inusual de que un sistema de circuito completamente cerrado sea inferior a un circuito semicerrado.
Impacto del entorno de producción: Las plantas de procesamiento mecánico generalmente operan en entornos hostiles, siendo comunes el polvo y las vibraciones. Sin embargo, las básculas y los sincronizadores de inducción lineal son componentes de precisión que dependen del reflejo de la luz para medir la posición relativa. El polvo y la vibración son los factores más importantes que afectan la precisión de la medición. Además, durante el mecanizado, el aceite de corte y la niebla de agua son bastante severos, lo que afecta significativamente las escalas y los sincronizadores de inducción lineal. Por lo tanto, un sistema de control de bucle-completamente cerrado es esencial. Además de garantizar una instalación y un sellado adecuados, se debe mejorar el entorno de producción. De lo contrario, puede ocurrir este fenómeno. Una máquina herramienta recién llegada puede tener una precisión excelente, pero al cabo de un año no sólo se degrada sino que también experimenta alarmas frecuentes.
2. Sistema de control de circuito semi-cerrado-
Dado que el dispositivo de medición está montado en el motor o en el tornillo de avance, es más fácil de sellar y, por lo tanto, tiene menos requisitos medioambientales. El error de precisión de un sistema de control de circuito semi-cerrado- está determinado principalmente por el juego del tornillo principal. Con los avances en la tecnología de mecanizado, el proceso de fabricación de tornillos de avance importados es ahora más sofisticado y el par de tornillos de avance de alta-precisión prácticamente elimina el juego. Además, durante el montaje, el par de husillos utiliza un par de husillos de bolas de doble-fila-contrarrotación, lo que elimina por completo el juego. Además, muchos fabricantes de máquinas herramienta pre-estiran previamente el tornillo de avance durante el ensamblaje para eliminar el impacto de la deformación térmica en la precisión del accionamiento del tornillo. Por lo tanto, actualmente, los sistemas de control de bucle semi-cerrado-son capaces de garantizar una precisión muy alta en las máquinas herramienta.
III. Conclusión
En resumen, se puede ver que, en teoría, si no se tienen en cuenta los factores externos, el control de bucle completo-cerrado-puede mejorar la precisión del posicionamiento básico en comparación con el control de bucle semi-cerrado-. Sin embargo, si factores como la generación de calor de las máquinas herramienta, la contaminación ambiental, el aumento de temperatura, la vibración y la instalación no se abordan de manera efectiva, el control de bucle completo-cerrado-puede ser inferior al control de bucle semi-cerrado-. Esto puede ser efectivo a corto plazo, pero con el tiempo, los efectos del polvo y las fluctuaciones de temperatura en la báscula afectarán seriamente los datos de retroalimentación de la medición, volviéndolos ineficaces. Además, los fallos de la báscula generarán alarmas, provocando que la máquina herramienta deje de funcionar.
Para las máquinas herramienta de gama baja- y-mediana, debido a consideraciones de costo y competitividad, el sistema de control de circuito completo-cerrado-a menudo se simplifica, con medidas inadecuadas de control de aumento de temperatura y sellado. En estas circunstancias, simplemente agregar una báscula, a un costo elevado, no mejorará la precisión de la máquina herramienta.
