Imagine se a precisão da sua máquina CNC pudesse ser constantemente monitorizada, assegurando que cada movimento é exato. Este é o papel da régua de grelha, actuando como os "olhos" da máquina. Este artigo analisa a forma como este componente crítico aumenta a precisão, reduz os erros e aumenta a fiabilidade das máquinas-ferramentas CNC. Descubra como a implementação de uma régua graduada pode transformar o seu processo de maquinagem, proporcionando uma precisão e eficiência sem paralelo.
A régua de grelha é um elemento de deteção de posicionamento para o eixo linear de máquinas-ferramentas CNC.
Funciona como os "olhos" de um operador humano, monitorizando se o eixo linear se move com precisão para a posição requerida pelo sistema de controlo numérico após a execução do programa NC.
Sem uma régua de grelha, a precisão do movimento do eixo linear depende inteiramente da precisão do sistema NC e da precisão da transmissão mecânica.
Após uma utilização prolongada de Máquina CNC ferramentas, devido a alterações nos parâmetros de calibração eléctrica e ao aumento dos erros mecânicos, o eixo linear pode desviar-se significativamente da posição requerida pelo programa do sistema de controlo numérico.
Nesse caso, nem o sistema de controlo nem os operadores da máquina se aperceberiam desse desvio. Para detetar com precisão estes problemas, o pessoal de manutenção tem de efetuar testes de precisão à máquina-ferramenta.
Por conseguinte, para Máquinas-ferramentas CNC sem uma régua de grelha, é indispensável efetuar testes periódicos de precisão. Se não o fizer, pode provocar variações excessivas na precisão da maquinagem, ou mesmo a sucata dos produtos processados.
Se uma régua de grelha for instalada no eixo linear de a CNC máquina-ferramenta, o problema acima referido seria resolvido sem necessidade de intervenção humana.
A régua de grelha actua como um elemento de deteção de posição e, se o eixo linear não conseguir atingir a posição exacta exigida pelo sistema de controlo numérico devido a razões mecânicas, a régua de grelha envia feedback ao sistema NC, permitindo que o eixo linear atinja a sua posição com precisão.
Neste caso, a régua de grelha actua como uma função de monitorização independente, semelhante aos olhos de um operador humano, "observando" continuamente a posição do eixo linear, assegurando que este atinge a posição requerida pelo sistema de controlo numérico.
Na produção de novas máquinas-ferramentas ou na revisão de máquinas antigas, o objetivo da utilização de uma régua graduada é aumentar a precisão do eixo linear.
No entanto, a precisão deste eixo não depende apenas da régua da grelha, mas principalmente da precisão da geometria mecânica do próprio eixo linear.
A régua de grelha não pode substituir a precisão do componente mecânico, apenas melhora o seu desempenho.
Muitas pessoas têm mal-entendidos sobre esta questão, especialmente se a precisão geométrica do eixo linear da máquina-ferramenta for fraca. Por exemplo, alguns tornos utilizam uma cremalheira de engrenagens para a transmissão, o que resulta numa grande folga de marcha-atrás.
Mesmo quando uma régua de grelha é utilizada com um eixo deste tipo, pode causar oscilações quando se aproxima da posição exacta devido à baixa precisão de transmissão.
Os sistemas de controlo em circuito semi-fechado não podem controlar os erros de transmissão causados pelo mecanismo de transmissão da máquina-ferramenta, os erros de deformação térmica produzidos pelos mecanismos de transmissão durante o funcionamento a alta velocidade e os erros causados pelo desgaste dos sistemas de transmissão durante o funcionamento a alta velocidade.
Durante o processo de maquinagem, estes erros afectaram gravemente a precisão da maquinagem e a estabilidade da Máquinas-ferramentas CNC.
As réguas de grelha para eixos lineares conseguem um controlo totalmente em circuito fechado das coordenadas lineares da máquina-ferramenta CNC, reduzindo os erros acima mencionados, melhorando a precisão do posicionamento, a precisão da repetibilidade e a fiabilidade da precisão da máquina-ferramenta.
Como componente chave para melhorar a precisão do posicionamento das máquinas-ferramentas CNC, a popularidade da régua de grelha está a aumentar entre os utilizadores.
A precisão das máquinas-ferramentas CNC pode ser classificada em três aspectos principais, incluindo a precisão geométrica, a precisão de posicionamento e a precisão de maquinagem.
A precisão geométrica, também designada por precisão mecânica, é o erro de forma geométrica global dos componentes críticos da máquina-ferramenta após a montagem.
As ferramentas e os métodos de medição utilizados para a sua deteção são basicamente os mesmos que os utilizados para as máquinas-ferramentas normais, mas com requisitos mais elevados.
Tomando como exemplo um centro de maquinação vertical típico, a sua precisão geométrica inclui os seguintes parâmetros:
Precisão de posicionamento
A precisão de posicionamento refere-se à precisão posicional efectiva que os componentes principais da máquina-ferramenta podem atingir no final do movimento. A diferença entre a posição real e a posição pretendida é designada por erro de posicionamento.
Nas máquinas-ferramentas CNC, a precisão do posicionamento é também referida como a precisão do movimento da máquina e é determinada pela precisão do Sistema CNC e erro de transmissão mecânica.
O movimento de cada componente da máquina-ferramenta é completado sob o controlo do dispositivo CNC, e a precisão que cada componente de movimento pode alcançar afecta diretamente a precisão da peça maquinada.
Por conseguinte, a precisão do posicionamento é um item de inspeção crítico.
Precisão de repetibilidade
A precisão da repetibilidade refere-se ao grau de consistência na precisão da posição obtida através da execução repetida do mesmo código de programa numa máquina-ferramenta CNC.
A precisão da repetibilidade é afetada por factores como as características do sistema servo, a folga e a rigidez das ligações de transmissão de alimentação, bem como as características de fricção.
Em geral, a precisão da repetibilidade está sujeita a erros ocasionais na distribuição normal e tem impacto na consistência de um lote de peças processadas, o que a torna um indicador de precisão essencial.
Leitura relacionada: Precisão de posicionamento vs. repetibilidade em máquinas CNC
Precisão de maquinagem
A precisão da maquinagem é afetada por vários factores que não são totalmente reflectidos pela precisão geométrica e de posicionamento, que são normalmente detectados sem carga de corte ou com a máquina-ferramenta parada ou em movimento lento.
Por exemplo, sob a influência de forças de corte e fixação Os componentes da máquina-ferramenta sofrerão deformações elásticas. Os componentes da máquina-ferramenta também sofrerão deformações térmicas devido a fontes internas de calor (como rolamentos e engrenagens sobreaquecidos, etc.) e a mudanças na temperatura ambiente.
Além disso, a máquina-ferramenta gera vibrações sob a influência das forças de corte e da velocidade de movimento. Além disso, quando os componentes móveis da máquina-ferramenta se movem a velocidades de trabalho, a sua precisão de movimento difere da medida a baixas velocidades devido à película de óleo nas superfícies de deslizamento e a outros factores.
Todos estes factores podem causar alterações na precisão estática da máquina-ferramenta, afectando a precisão de maquinação da peça.
A precisão da máquina-ferramenta sob a influência de cargas externas, aquecimento e vibrações durante o trabalho é conhecida como precisão dinâmica da máquina-ferramenta.
A precisão dinâmica está intimamente relacionada com a precisão estática e depende em grande medida da rigidez, da resistência à vibração e da estabilidade térmica da máquina-ferramenta.
Atualmente, a precisão dinâmica global da máquina-ferramenta é geralmente avaliada pela precisão de maquinação das peças produzidas através de operações de corte, o que é conhecido como precisão de trabalho da máquina-ferramenta. A precisão de trabalho reflecte a influência global de vários factores na precisão de maquinação.
Atualmente, existem principalmente dois métodos para melhorar a precisão da maquinagem das máquinas-ferramentas CNC na indústria de maquinagem de peças: prevenção e compensação de erros.
Métodos de prevenção de erros
A prevenção de erros refere-se a medidas tomadas para melhorar o nível de qualidade da conceção, processamento e montagem de componentes, controlar eficazmente os factores ambientais e atingir o objetivo de eliminar ou reduzir as fontes de erro.
Por exemplo, a utilização de calhas-guia termicamente simétricas de elevada rigidez e de fusos de esferas para controlo da temperatura pode reduzir eficazmente a deformação térmica da máquina-ferramenta e o aumento da temperatura da fonte de calor, reduzindo assim a ocorrência de erros.
Os métodos de prevenção de erros dividem-se principalmente em três categorias: erro de tamanho, prevenção de erros geométricos, prevenção de erros de deformação térmica e outros tipos de prevenção de erros.
Estes métodos podem reduzir a probabilidade de ocorrência de erros até certo ponto, mas é quase impossível eliminar completamente a deformação térmica e os erros geométricos.
Além disso, a precisão de maquinagem da máquina-ferramenta tem um impacto significativo e a melhoria da qualidade das peças tem um custo elevado, o que faz com que não seja comum em aplicações práticas.
Métodos de compensação de erros
A compensação de erros envolve a instalação de sondas de precisão, sensores de posição, réguas de grelha e outros equipamentos em máquinas-ferramentas CNC para fornecer feedback sobre os erros de maquinagem da máquina-ferramenta em tempo real para o sistema CNC.
A máquina-ferramenta compensa automaticamente a precisão da maquinagem, melhorando a precisão da maquinagem das peças e reduzindo significativamente os custos das matérias-primas.
1. O impulso zero não pode ser encontrado quando o eixo linear regressa ao ponto de referência.
Em termos de desempenho, o eixo continua a funcionar até colidir com o limite do eixo durante o regresso ao ponto de referência.
Esta falha é geralmente causada pelo facto de a cabeça de leitura ou a régua graduada estarem sujas. Para resolver este problema, remover a cabeça de leitura e limpá-la com álcool anidro, e limpar a parte escamada com um pano de seda embebido em álcool anidro.
2. Foi acionado um alarme no eixo linear da máquina-ferramenta CNC durante o funcionamento.
Se o eixo linear de uma máquina CNC produzir um alarme durante o funcionamento, podem aparecer os seguintes alarmes, dependendo do sistema de controlo utilizado: "Erro de encoder de hardware" para os sistemas Siemens 840D ou LNC, e "Erro de realimentação" para os sistemas Fanuc.
Razões:
(1) Devido a vibrações ou outras razões, a distância entre a cabeça de leitura e a escala da grelha na máquina aumenta durante a utilização, fazendo com que o sistema CNC assuma incorretamente que a escala da grelha está defeituosa.
Para resolver este problema, ajustar a distância entre a cabeça de leitura e a grelha de acordo com o manual da grelha. A distância entre a cabeça de leitura e o corpo da grelha deve ser de cerca de 1-1,5 mm e não deve exceder 2 mm.
(2) A instalação incorrecta da grelha de pesagem, por exemplo, na proximidade de uma piscina de petróleo, pode provocar a contaminação da grelha por petróleo e gás.
Neste caso, a "escala fixa" e a "escala móvel" da grelha devem ser limpas separadamente e, em seguida, a grelha deve ser ajustada e testada antes de ser utilizada.
(3) A instalação incorrecta da cabeça de leitura pode danificar a própria unidade.
No pior dos casos, os resíduos de liga de alumínio podem entrar na escala fixa da grelha, danificando as linhas da grelha e inutilizando-a definitivamente.
3. O eixo linear da máquina-ferramenta CNC saiu abruptamente do controlo.
Na maioria dos casos, quando o eixo linear da máquina-ferramenta CNC fica fora de controlo, isso deve-se à contaminação do elemento de deteção de posição, como a régua de grelha.
Para resolver o problema, é necessário limpar cuidadosamente a grelha ou a cabeça de leitura da régua graduada.
4. Outros defeitos:
Após anos de experiência na manutenção de máquinas-ferramentas CNC, observámos que a régua de grelha, como elemento de deteção de posição do sistema CNC, pode melhorar a precisão do posicionamento do eixo linear da máquina-ferramenta quando a parte mecânica da máquina-ferramenta está a funcionar sem problemas.
Além disso, a régua de grelha pode detetar potenciais riscos ou problemas com a parte mecânica da máquina-ferramenta.
Um torno C61200 produzido pela Wuzhong Corporation foi equipado com um sistema CNC FAGOR 8055TC.
Durante o processamento de um rolo, que tinha um corpo elíptico, o eixo X afastou-se do rolo quando o ferramenta de corte encontrou uma área relativamente grande do corpo do cilindro, na ausência de uma instrução de movimento do eixo X.
Quando a ferramenta de corte tocou numa área relativamente pequena do corpo do rolo, o eixo X moveu-se na direção do rolo, fazendo com que o eixo X se movesse para trás e para a frente. Após a inspeção do sistema CNC da máquina-ferramenta, verificou-se que o servomotor AC do eixo X estava bloqueado na ausência de um sinal de "ativação".
Quando o elemento de deteção de posição do eixo X foi blindado e substituído por um sistema de circuito semi-fechado, o fenómeno do movimento do eixo X para a frente e para trás desapareceu durante o corte.
Algumas pessoas pensaram que este fenómeno era causado por problemas com a régua da grelha, mas após inspeção, verificou-se que a tampa traseira do parafuso de esferas do eixo X estava solta.
Por conseguinte, quando o rolo estava a rodar, porque o rolo tinha uma forma elíptica, quando a ferramenta de corte encontrava uma área relativamente grande do corpo do rolo, o rolo exercia uma força "push-up" no eixo X, empurrando o eixo X para longe da direção do diâmetro do rolo.
Neste momento, o movimento do eixo X não foi causado pelas instruções de controlo numérico da máquina-ferramenta. A régua de grelha utilizada para detetar a posição do eixo X detectou que o eixo X se deslocava para a direção "+X" (afastando-se do corpo do cilindro) sem receber qualquer instrução do sistema CNC.
A função da régua de grelha é detetar se o eixo linear se move com precisão sob a ação das instruções de controlo numérico. Se o eixo linear não se mover com precisão, o sistema de controlo numérico intervém para posicionar o eixo linear com precisão.
Por conseguinte, quando a ferramenta de corte toca numa área relativamente pequena do corpo do rolo, a ferramenta tem uma certa folga em relação ao corpo do rolo e a régua de grelha faz com que o eixo X se desloque na direção do diâmetro do rolo para se posicionar na posição da coordenada do eixo X indicada pelo sistema de controlo numérico.
Desta forma, quando o rolo roda um círculo, o eixo X move-se alternadamente para a "direção longe do diâmetro do rolo" e para a "direção perto do diâmetro do rolo" quando não há movimento de instrução de dados no eixo X. Por conseguinte, durante o processamento do rolo, o eixo X moveu-se para a frente e para trás devido à tampa traseira solta do fuso de esferas.
Quando um eixo linear de uma máquina-ferramenta CNC que utiliza um sistema de circuito fechado sofre oscilações ou vibrações do motor, é necessário proteger o elemento de deteção de posição para eliminar o fenómeno anormal.
Em geral, deve verificar-se primeiro a limpeza do elemento de deteção de posição, como a régua de grelha e a cabeça de leitura, e se a posição de instalação da cabeça de leitura é razoável, e excluir os factores que causam o mau funcionamento do elemento de deteção de posição.
Se se verificar que o elemento de deteção de posição está a funcionar corretamente, é provável que haja um problema com a cadeia de transmissão mecânica do eixo linear.
Neste caso, é necessário verificar se existe alguma folga nos componentes da corrente de transmissão mecânica, se existe algum desgaste nas peças mecânicas e se a lubrificação relevante da corrente de transmissão mecânica é adequada.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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