La regla de rejilla es un elemento de detección de posicionamiento para el eje lineal de máquinas herramienta CNC.
Actúa como los "ojos" de un operario humano, supervisando si el eje lineal se desplaza con precisión a la posición requerida por el sistema de control numérico tras ejecutar el programa NC.
Sin regla de rejilla, la precisión del movimiento del eje lineal depende totalmente de la precisión del sistema NC y de la precisión de la transmisión mecánica.
Tras un uso prolongado de Máquina CNC herramientas, debido a los cambios en los parámetros de calibración eléctrica y al aumento de los errores mecánicos, el eje lineal puede desviarse significativamente de la posición requerida por el programa del sistema de control numérico.
En tal caso, ni el sistema de control ni los operarios de la máquina serían conscientes de esta desviación. Para detectar con precisión este tipo de problemas, el personal de mantenimiento debe realizar pruebas de precisión de la máquina herramienta.
Por lo tanto, para Máquinas herramienta CNC sin una regla de rejilla, es esencial realizar pruebas periódicas de precisión; de lo contrario, pueden producirse variaciones excesivas en la precisión del mecanizado o incluso el desguace de los productos procesados.
Si se instala una regla de rejilla en el eje lineal de a CNC máquina herramienta, el problema mencionado se resolvería sin necesidad de intervención humana.
La regla de rejilla actúa como un elemento de detección de posición, y si el eje lineal no alcanza la posición precisa requerida por el sistema de control numérico debido a razones mecánicas, la regla de rejilla envía retroalimentación al sistema NC, permitiendo que el eje lineal alcance su posición con precisión.
En este caso, la regla de rejilla actúa como una función de supervisión independiente, similar a los ojos de un operario humano, "observando" continuamente la posición del eje lineal, asegurándose de que alcanza la posición requerida por el sistema de control numérico.
En la fabricación de nuevas máquinas herramienta o la revisión de las antiguas, el objetivo de utilizar una regla de rejilla es aumentar la precisión del eje lineal.
Sin embargo, la precisión de este eje no sólo depende de la regla de rejilla, sino principalmente de la precisión de la geometría mecánica del propio eje lineal.
La regla de rejilla no puede sustituir la precisión del componente mecánico; simplemente mejora sus prestaciones.
Muchas personas tienen ideas erróneas sobre esta cuestión, especialmente si la precisión geométrica del eje lineal de la máquina herramienta es deficiente. Por ejemplo, algunos tornos utilizan una cremallera de engranajes para la transmisión, lo que da lugar a una gran holgura de retroceso.
Incluso cuando se utiliza una regla de rejilla con un eje de este tipo, puede provocar oscilaciones cuando se aproxima a la posición exacta debido a la baja precisión de transmisión.
Los sistemas de control de bucle semicerrado no pueden controlar los errores de transmisión causados por el mecanismo de transmisión de la máquina herramienta, los errores de deformación térmica producidos por los mecanismos de transmisión durante el funcionamiento a alta velocidad y los errores causados por el desgaste de los sistemas de transmisión durante el funcionamiento a alta velocidad.
Durante el proceso de mecanizado, estos errores han afectado gravemente a la precisión del mecanizado y a la estabilidad de Máquinas herramienta CNC.
Las reglas de rejilla para ejes lineales consiguen un control de bucle cerrado completo de las coordenadas lineales de la Máquina-Herramienta CNC, reduciendo los errores antes mencionados, mejorando la precisión de posicionamiento, la precisión de repetición y la fiabilidad de precisión de la Máquina-Herramienta.
Como componente clave para mejorar la precisión de posicionamiento de las máquinas herramienta CNC, la popularidad de la regla de rejilla está aumentando entre los usuarios.
La precisión de las máquinas herramienta CNC puede clasificarse en tres aspectos principales: precisión geométrica, precisión de posicionamiento y precisión de mecanizado.
La precisión geométrica, también denominada precisión mecánica, es el error de forma geométrica global de los componentes críticos de la máquina herramienta tras el montaje.
Las herramientas y métodos de medición utilizados para detectarlo son básicamente los mismos que los utilizados para las máquinas herramienta ordinarias, pero con mayores exigencias.
Tomando como ejemplo un típico centro de mecanizado vertical, su precisión geométrica incluye los siguientes parámetros:
Precisión de posicionamiento
La precisión de posicionamiento se refiere a la precisión de posición real que los componentes principales de la máquina herramienta pueden alcanzar al final del movimiento. La diferencia entre la posición real y la deseada se conoce como error de posicionamiento.
En las máquinas herramienta CNC, la precisión de posicionamiento también se denomina precisión de movimiento de la máquina, y viene determinada por la precisión de la Sistema CNC y error mecánico de transmisión.
El movimiento de cada componente de la máquina herramienta se realiza bajo el control del dispositivo CNC, y la precisión que puede alcanzar cada componente de movimiento afecta directamente a la precisión de la pieza mecanizada.
Por lo tanto, la precisión de posicionamiento es un elemento de inspección crítico.
Precisión de repetibilidad
La precisión de repetibilidad se refiere al grado de consistencia en la precisión de posición obtenida al ejecutar repetidamente el mismo código de programa en una máquina herramienta CNC.
La precisión de la repetibilidad se ve afectada por factores como las características del servosistema, el juego y la rigidez de los eslabones de transmisión del avance, así como las características de fricción.
En general, la precisión de la repetibilidad está sujeta a errores ocasionales de distribución normal, y repercute en la consistencia de un lote de piezas procesadas, lo que la convierte en un indicador de precisión esencial.
Lectura relacionada: Precisión de posicionamiento frente a repetibilidad en máquinas CNC
Precisión de mecanizado
La precisión del mecanizado se ve afectada por diversos factores que no se reflejan totalmente en la precisión geométrica y de posicionamiento, que normalmente se detectan sin carga de corte o con la máquina herramienta en estado estacionario o de movimiento lento.
Por ejemplo, bajo la influencia de fuerzas de corte y sujeción los componentes de la máquina-herramienta sufrirán deformaciones elásticas. Los componentes de la máquina herramienta también sufrirán deformaciones térmicas debido a fuentes de calor internas (como rodamientos y engranajes sobrecalentados, etc.) y a cambios en la temperatura ambiente.
Además, la máquina herramienta genera vibraciones bajo la influencia de las fuerzas de corte y la velocidad de movimiento. Además, cuando los componentes móviles de la máquina herramienta se mueven a velocidades de trabajo, su precisión de movimiento difiere de la medida a bajas velocidades debido a la película de aceite en las superficies deslizantes y a otros factores.
Todos estos factores pueden provocar cambios en la precisión estática de la máquina herramienta, afectando a la precisión de mecanizado de la pieza.
La precisión de la máquina herramienta bajo la influencia de cargas externas, calentamiento y vibraciones durante el trabajo se conoce como precisión dinámica de la máquina herramienta.
La precisión dinámica está estrechamente relacionada con la precisión estática y depende en gran medida de la rigidez, la resistencia a las vibraciones y la estabilidad térmica de la máquina herramienta.
En la actualidad, la precisión dinámica global de la máquina herramienta se evalúa generalmente mediante la precisión de mecanizado de las piezas producidas mediante operaciones de corte, lo que se conoce como precisión de trabajo de la máquina herramienta. La precisión de trabajo refleja la influencia global de varios factores en la precisión de mecanizado.
En la actualidad, existen principalmente dos métodos para mejorar la precisión de mecanizado de las máquinas herramienta CNC en la industria del mecanizado de piezas: la prevención de errores y la compensación de errores.
Métodos de prevención de errores
La prevención de errores se refiere a las medidas adoptadas para mejorar el nivel de calidad del diseño, el procesamiento y el montaje de los componentes, controlar eficazmente los factores ambientales y lograr el propósito de eliminar o reducir las fuentes de error.
Por ejemplo, el uso de raíles guía y husillos de bolas de alta rigidez y simetría térmica para el control de la temperatura puede reducir eficazmente la deformación térmica de la máquina herramienta y el aumento de temperatura de la fuente de calor, reduciendo así la aparición de errores.
Los métodos de prevención de errores se dividen principalmente en tres categorías: prevención de errores de tamaño, prevención de errores geométricos, prevención de errores de deformación térmica y prevención de otros errores.
Estos métodos pueden reducir en cierta medida la probabilidad de que se produzcan errores, pero es casi imposible eliminar por completo la deformación térmica y los errores geométricos.
Además, la precisión de mecanizado de la máquina herramienta tiene un impacto significativo, y la mejora de la calidad de las piezas tiene un coste elevado, por lo que no es habitual en aplicaciones prácticas.
Métodos de compensación de errores
La compensación de errores implica la instalación de sondas de precisión, sensores de posición, reglas de rejilla y otros equipos en máquinas herramienta CNC para proporcionar información sobre los errores de mecanizado de la máquina herramienta en tiempo real al sistema CNC.
La máquina herramienta compensa automáticamente la precisión del mecanizado, mejorando la exactitud del mecanizado de las piezas y reduciendo significativamente los costes de materia prima.
1. No se encuentra el impulso cero cuando el eje lineal vuelve al punto de referencia.
En términos de rendimiento, el eje sigue funcionando hasta que colisiona con el límite del eje durante el retorno al punto de referencia.
Este fallo suele deberse a que el cabezal de lectura o la regla de rejilla están sucios. Para solucionar este problema, retire el cabezal de lectura y límpielo con alcohol anhidro, y limpie la parte escamada con un paño de seda humedecido en alcohol anhidro.
2. Se ha disparado una alarma en el eje lineal de la máquina herramienta CNC durante el funcionamiento.
Si el eje lineal de una máquina CNC produce una alarma durante el funcionamiento, pueden aparecer las siguientes alarmas en función del sistema de control utilizado: "Error de encoder hardware" para sistemas Siemens 840D o LNC, y "Error de realimentación" para sistemas Fanuc.
Razones:
(1) Debido a vibraciones u otras razones, la distancia entre el cabezal de lectura y la escala de rejilla en la máquina herramienta aumenta durante el uso, haciendo que el sistema CNC asuma incorrectamente que la escala de rejilla está defectuosa.
Para solucionar este problema, ajuste la distancia entre el cabezal de lectura y la escala de rejilla de acuerdo con el manual de la escala de rejilla. La distancia entre el cabezal de lectura y el cuerpo de la escala de rejilla debe ser de 1-1,5 mm aproximadamente, y no superar los 2 mm.
(2) La instalación incorrecta de la escala de rejilla, como la instalación cerca de la piscina de petróleo, puede resultar en la contaminación de la escala por el petróleo y el gas.
En este caso, la "escala fija" y la "escala móvil" de la báscula de rejilla deben limpiarse por separado y, a continuación, la báscula de rejilla debe ajustarse y probarse antes de su uso.
(3) Una instalación incorrecta del cabezal de lectura puede dañar la propia unidad.
En el peor de los casos, los restos de aleación de aluminio pueden introducirse en la escala fija de la escala de rejilla, causando daños en las líneas de la escala de rejilla e inutilizando permanentemente la escala de rejilla.
3. El eje lineal de la máquina herramienta CNC se descontroló bruscamente.
En la mayoría de los casos, cuando el eje lineal de la máquina herramienta CNC se descontrola, se debe a la contaminación del elemento de detección de posición, como la regla de rejilla.
Para resolver el problema, es necesario limpiar a fondo la rejilla o el cabezal de lectura de la regla de rejilla.
4. Otros fallos:
Tras años de experiencia en el mantenimiento de máquinas herramienta CNC, hemos observado que la regla de rejilla, como elemento de detección de posición del sistema CNC, puede mejorar la precisión de posicionamiento del eje lineal de la máquina herramienta cuando la parte mecánica de la máquina herramienta funciona sin problemas.
Además, la regla de rejilla puede detectar posibles peligros o problemas en la parte mecánica de la máquina herramienta.
Un torno C61200 producido por Wuzhong Corporation ha sido reequipado con un sistema CNC FAGOR 8055TC.
Durante el procesamiento de un rollo, que tenía un cuerpo elíptico, el eje X se alejó del rollo cuando el herramienta de corte encontró un área relativamente grande del cuerpo de balanceo, en ausencia de una instrucción de movimiento del eje X.
Cuando la herramienta de corte tocaba un área relativamente pequeña del cuerpo del rodillo, el eje X se movía hacia el rodillo, haciendo que el eje X se moviera hacia delante y hacia atrás. Al inspeccionar el sistema CNC de la máquina herramienta, se descubrió que el servomotor de CA del eje X estaba bloqueado en ausencia de una señal de "habilitación".
Cuando se blindó el elemento de detección de posición del eje X y se sustituyó por un sistema de bucle semicerrado, desapareció el fenómeno del movimiento de vaivén del eje X durante el corte.
Algunas personas pensaron que este fenómeno se debía a problemas con la regla de rejilla, pero al inspeccionarla se descubrió que la tapa trasera del tornillo de bola del eje X estaba suelta.
Por lo tanto, cuando el rodillo estaba girando, debido a que el rodillo tenía una forma elíptica, cuando la herramienta de corte se encontraba con un área relativamente grande del cuerpo del rodillo, el rodillo ejercía una fuerza de "empuje hacia arriba" en el eje X, empujando el eje X fuera de la dirección del diámetro del rodillo.
En ese momento, el movimiento del eje X no estaba provocado por las instrucciones del control numérico de la máquina herramienta. La regla de rejilla utilizada para detectar la posición del eje X detectó que el eje X se movía hacia la dirección "+X" (alejándose del cuerpo del rodillo) sin recibir ninguna instrucción del sistema CNC.
La función de la regla de rejilla es detectar si el eje lineal se mueve con precisión bajo la acción de las instrucciones de control numérico. Si el eje lineal no se mueve con precisión, el sistema de control numérico interviene para posicionar el eje lineal con precisión.
Por lo tanto, cuando la herramienta de corte tocaba un área relativamente pequeña del cuerpo del rodillo, la herramienta tenía una cierta separación con el cuerpo del rodillo, y la regla de rejilla hacía que el eje X se moviera hacia la dirección del diámetro del rodillo para posicionarse en la posición de coordenadas del eje X indicada por el sistema de control numérico.
De este modo, cuando el rodillo gira un círculo, el eje X se mueve alternativamente hacia la "dirección lejos del diámetro del rodillo" y la "dirección cerca del diámetro del rodillo" cuando no hay movimiento de instrucción de datos en el eje X. Por lo tanto, durante el procesamiento del rodillo, el eje X se movió hacia adelante y hacia atrás debido a que la tapa trasera del husillo de bolas estaba suelta.
Cuando un eje lineal de una máquina herramienta CNC que utiliza un sistema de bucle cerrado experimenta fluctuaciones u oscilaciones del motor, es necesario blindar el elemento de detección de posición para eliminar el fenómeno anómalo.
Por lo general, primero se comprueba la limpieza del elemento de detección de posición, como la regla de rejilla y el cabezal de lectura, y si la posición de instalación del cabezal de lectura es razonable, y se excluyen los factores que provocan el mal funcionamiento del elemento de detección de posición.
Si se comprueba que el elemento de detección de posición funciona correctamente, es probable que exista un problema con la cadena de transmisión mecánica del eje lineal.
En este caso, es necesario comprobar si hay alguna holgura en los componentes de la cadena de transmisión mecánica, si hay desgaste en las piezas mecánicas y si la lubricación pertinente de la cadena de transmisión mecánica es adecuada.
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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