Métodos de análisis y eliminación de fallos de retorno del punto de referencia en máquinas herramienta CNC
Resumen: Este artículo analiza en profundidad el principio del retorno al punto de referencia de las máquinas herramienta CNC, abarcando sistemas de bucle cerrado, semicerrado y abierto. Mediante ejemplos específicos, se detallan diversas formas de fallos de retorno al punto de referencia en máquinas herramienta CNC, incluyendo el diagnóstico de fallos, los métodos de análisis y las estrategias de eliminación, y se presentan sugerencias de mejora para el punto de cambio de herramienta en las máquinas herramienta de centros de mecanizado.
I. Introducción
El retorno manual al punto de referencia es fundamental para establecer el sistema de coordenadas de la máquina herramienta. La primera acción de la mayoría de las máquinas herramienta CNC tras el arranque es operar manualmente el retorno al punto de referencia. Los fallos en el retorno al punto de referencia impiden el procesamiento del programa, y una posición incorrecta del punto de referencia también afecta la precisión del mecanizado e incluso puede provocar colisiones. Por lo tanto, es fundamental analizar y eliminar los fallos en el retorno al punto de referencia.
II. Principios de las máquinas herramienta CNC Volviendo al punto de referencia
(A) Clasificación del sistema
Sistema CNC de circuito cerrado: Equipado con un dispositivo de retroalimentación para detectar el desplazamiento lineal final.
Sistema CNC de circuito semicerrado: el dispositivo de medición de posición se instala en el eje giratorio del servomotor o en el extremo del tornillo de avance, y la señal de retroalimentación se toma del desplazamiento angular.
Sistema CNC de lazo abierto: Sin dispositivo de retroalimentación de detección de posición.
(B) Métodos de retorno al punto de referencia
Método de cuadrícula para el retorno al punto de referencia
Método de cuadrícula absoluta: Utilice un codificador de pulsos absoluto o una regla de rejilla para volver al punto de referencia. Durante la depuración de la máquina herramienta, el punto de referencia se determina mediante la parametrización y la operación de retorno a cero. Mientras la batería de respaldo del elemento de retroalimentación de detección esté en funcionamiento, la información de la posición del punto de referencia se registra cada vez que se arranca la máquina, sin necesidad de volver a realizar la operación de retorno.
Método de cuadrícula incremental: Se utiliza un codificador incremental o una regla de rejilla para volver al punto de referencia. Esta operación es necesaria cada vez que se arranca la máquina. Tomando como ejemplo una fresadora CNC (que utiliza el sistema FANUC 0i), el principio y el proceso de su método de cuadrícula incremental para volver al punto cero son los siguientes:
Coloque el selector de modo en la posición de "retorno al punto de referencia", seleccione el eje para el retorno al punto de referencia y presione el botón de avance rápido del eje. El eje se mueve rápidamente hacia el punto de referencia.
Cuando el bloque de desaceleración, que se mueve junto con la mesa de trabajo, presiona el contacto del interruptor de desaceleración, la señal de desaceleración cambia de activada (ON) a desactivada (OFF). La mesa de trabajo desacelera y continúa avanzando a la velocidad lenta establecida en los parámetros.
Tras la liberación del interruptor de desaceleración por parte del bloque de desaceleración y el contacto cambia de desactivado a activado, el sistema CNC espera la aparición de la primera señal de cuadrícula (también conocida como señal de una revolución PCZ) en el codificador. En cuanto aparece esta señal, el movimiento de la mesa de trabajo se detiene inmediatamente. Simultáneamente, el sistema CNC envía una señal de retorno al punto de referencia y el indicador luminoso de punto de referencia se enciende, indicando que el eje de la máquina herramienta ha regresado correctamente al punto de referencia.
Método de interruptor magnético para el retorno al punto de referencia
El sistema de bucle abierto suele utilizar un interruptor de inducción magnética para el retorno al punto de referencia. Tomando como ejemplo un torno CNC, el principio y el proceso de su método de interruptor magnético para el retorno al punto de referencia son los siguientes:
Los dos primeros pasos son los mismos que los pasos de operación del método de cuadrícula para el retorno al punto de referencia.
Tras la liberación del interruptor de desaceleración por parte del bloque de desaceleración y el contacto cambia de desactivado a activado, el sistema CNC espera la señal del interruptor de inducción. En cuanto esta aparece, el movimiento de la mesa de trabajo se detiene inmediatamente. Simultáneamente, el sistema CNC emite una señal de retorno al punto de referencia y se enciende la luz indicadora de punto de referencia, indicando que la máquina herramienta ha regresado correctamente al punto de referencia del eje.
III. Diagnóstico y análisis de fallas en máquinas herramienta CNC que regresan al punto de referencia
Cuando se produce un fallo en el retorno del punto de referencia de una máquina herramienta CNC, se debe realizar una inspección exhaustiva según el principio de simple a complejo.
(A) Fallas sin alarma
Desviación de una distancia de cuadrícula fija
Fenómeno de falla: cuando se inicia la máquina herramienta y se regresa manualmente al punto de referencia por primera vez, se desvía del punto de referencia en una o varias distancias de cuadrícula, y las distancias de desviación posteriores se fijan cada vez.
Análisis de la causa: Generalmente, la posición del bloque de desaceleración es incorrecta, su longitud es demasiado corta o la posición del interruptor de proximidad utilizado como punto de referencia es incorrecta. Este tipo de fallo suele ocurrir después de la primera instalación y depuración de la máquina herramienta o después de una revisión general.
Solución: Se puede ajustar la posición del bloque de desaceleración o del interruptor de proximidad, y también se pueden ajustar la velocidad de alimentación rápida y la constante de tiempo de alimentación rápida para el retorno al punto de referencia.
Desviación de una posición aleatoria o un pequeño desplazamiento
Fenómeno de falla: se desvía de cualquier posición del punto de referencia, el valor de desviación es aleatorio o pequeño y la distancia de desviación no es igual cada vez que se realiza la operación de retorno al punto de referencia.
Análisis de causa:
Interferencia externa, como una mala conexión a tierra de la capa de protección del cable, o que la línea de señal del codificador de pulsos esté demasiado cerca del cable de alto voltaje.
La tensión de alimentación utilizada por el codificador de pulsos o la regla de rejilla es demasiado baja (inferior a 4,75 V) o hay una falla.
La placa de control de la unidad de control de velocidad está defectuosa.
El acoplamiento entre el eje de alimentación y el servomotor está suelto.
El conector del cable tiene mal contacto o el cable está dañado.
Solución: Se deben tomar las medidas correspondientes según diferentes motivos, como mejorar la conexión a tierra, verificar la fuente de alimentación, reemplazar la placa de control, apretar el acoplamiento y verificar el cable.
(B) Fallos con alarma
Alarma de sobredesplazamiento causada por falta de acción de desaceleración
Fenómeno de falla: Cuando la máquina herramienta regresa al punto de referencia, no se desacelera y continúa moviéndose hasta que toca el final de carrera y se detiene debido a un sobrerrecorrido. La luz verde de retorno al punto de referencia no se enciende y el sistema CNC muestra el estado "NO LISTO".
Análisis de causa: El interruptor de desaceleración para el retorno al punto de referencia falla, el contacto del interruptor no se puede restablecer después de presionarlo hacia abajo o el bloque de desaceleración está suelto y desplazado, lo que da como resultado que el pulso de punto cero no funcione cuando la máquina herramienta regresa al punto de referencia y la señal de desaceleración no se puede ingresar al sistema CNC.
Solución: utilice el botón de función “liberación de sobrerrecorrido” para liberar el sobrerrecorrido de las coordenadas de la máquina herramienta, mueva la máquina herramienta nuevamente dentro del rango de recorrido y luego verifique si el interruptor de desaceleración para el retorno al punto de referencia está suelto y si la línea de señal de desaceleración del interruptor de recorrido correspondiente tiene un cortocircuito o un circuito abierto.
Alarma provocada por no encontrar el punto de referencia después de la desaceleración
Fenómeno de falla: hay una desaceleración durante el proceso de retorno al punto de referencia, pero se detiene hasta que toca el interruptor de límite y las alarmas, y no se encuentra el punto de referencia y la operación de retorno al punto de referencia falla.
Análisis de causa:
El codificador (o regla de rejilla) no envía la señal de bandera cero que indica que se ha regresado al punto de referencia durante la operación de retorno al punto de referencia.
La posición de la marca cero del retorno del punto de referencia falla.
La señal de bandera cero del retorno del punto de referencia se pierde durante la transmisión o el procesamiento.
Hay una falla de hardware en el sistema de medición y no se reconoce la señal de bandera cero del retorno del punto de referencia.
Solución: utilice el método de seguimiento de señal y use un osciloscopio para verificar la señal de bandera cero del retorno del punto de referencia del codificador para juzgar la causa de la falla y llevar a cabo el procesamiento correspondiente.
Alarma causada por una posición de punto de referencia inexacta
Fenómeno de falla: hay una desaceleración durante el proceso de retorno al punto de referencia y aparece la señal de bandera cero del retorno al punto de referencia, y también hay un proceso de frenado a cero, pero la posición del punto de referencia es inexacta y la operación de retorno al punto de referencia falla.
Análisis de causa:
Se ha perdido la señal de bandera cero del retorno del punto de referencia y el sistema de medición puede encontrar esta señal y detenerse solo después de que el codificador de pulso gira una revolución más, de modo que la mesa de trabajo se detiene en una posición a una distancia seleccionada desde el punto de referencia.
El bloque de desaceleración está demasiado cerca de la posición del punto de referencia y el eje de coordenadas se detiene cuando no se ha movido a la distancia especificada y toca el interruptor de límite.
Debido a factores como interferencia de señal, bloqueo suelto y voltaje demasiado bajo de la señal del indicador cero del retorno del punto de referencia, la posición en la que se detiene la mesa de trabajo es inexacta y no tiene regularidad.
Solución: Procesar según diferentes razones, como ajustar la posición del bloque de desaceleración, eliminar la interferencia de la señal, apretar el bloque y verificar el voltaje de la señal.
Alarma provocada por no volver al punto de referencia debido a cambios de parámetros
Fenómeno de falla: cuando la máquina herramienta regresa al punto de referencia, envía una alarma de “no regresado al punto de referencia” y la máquina herramienta no ejecuta la acción de retorno al punto de referencia.
Análisis de causa: Puede deberse a un cambio en los parámetros establecidos, como la relación de aumento del comando (CMR), la relación de aumento de detección (DMR), la velocidad de alimentación rápida para el retorno al punto de referencia, la velocidad de desaceleración cerca del origen se establecen en cero, o el interruptor de aumento rápido y el interruptor de aumento de alimentación en el panel de operación de la máquina herramienta se establecen en 0%.
Solución: Verifique y corrija los parámetros relevantes.
IV. Conclusión
Las fallas de retorno del punto de referencia en las máquinas herramienta CNC se presentan principalmente en dos situaciones: falla de retorno del punto de referencia con alarma y deriva del punto de referencia sin alarma. En caso de fallas con alarma, el sistema CNC no ejecuta el programa de mecanizado, lo que evita la producción de una gran cantidad de residuos; mientras que la deriva del punto de referencia sin alarma es fácil de ignorar, lo que puede generar residuos de piezas procesadas o incluso una gran cantidad de residuos.
En los centros de mecanizado, dado que muchas máquinas utilizan el punto de referencia del eje de coordenadas como punto de cambio de herramienta, es fácil que se produzcan fallos de retorno al punto de referencia durante el funcionamiento prolongado, especialmente los fallos de deriva del punto de referencia sin alarma. Por lo tanto, se recomienda establecer un segundo punto de referencia y utilizar la instrucción G30 X0 Y0 Z0 con una posición a cierta distancia del punto de referencia. Si bien esto presenta algunas dificultades para el diseño del almacén de herramientas y el manipulador, puede reducir considerablemente la tasa de fallos de retorno al punto de referencia y del cambio automático de herramienta de la máquina herramienta, ya que solo se requiere un retorno al punto de referencia al arrancar la máquina herramienta.
Resumen: Este artículo analiza en profundidad el principio del retorno al punto de referencia de las máquinas herramienta CNC, abarcando sistemas de bucle cerrado, semicerrado y abierto. Mediante ejemplos específicos, se detallan diversas formas de fallos de retorno al punto de referencia en máquinas herramienta CNC, incluyendo el diagnóstico de fallos, los métodos de análisis y las estrategias de eliminación, y se presentan sugerencias de mejora para el punto de cambio de herramienta en las máquinas herramienta de centros de mecanizado.
I. Introducción
El retorno manual al punto de referencia es fundamental para establecer el sistema de coordenadas de la máquina herramienta. La primera acción de la mayoría de las máquinas herramienta CNC tras el arranque es operar manualmente el retorno al punto de referencia. Los fallos en el retorno al punto de referencia impiden el procesamiento del programa, y una posición incorrecta del punto de referencia también afecta la precisión del mecanizado e incluso puede provocar colisiones. Por lo tanto, es fundamental analizar y eliminar los fallos en el retorno al punto de referencia.
II. Principios de las máquinas herramienta CNC Volviendo al punto de referencia
(A) Clasificación del sistema
Sistema CNC de circuito cerrado: Equipado con un dispositivo de retroalimentación para detectar el desplazamiento lineal final.
Sistema CNC de circuito semicerrado: el dispositivo de medición de posición se instala en el eje giratorio del servomotor o en el extremo del tornillo de avance, y la señal de retroalimentación se toma del desplazamiento angular.
Sistema CNC de lazo abierto: Sin dispositivo de retroalimentación de detección de posición.
(B) Métodos de retorno al punto de referencia
Método de cuadrícula para el retorno al punto de referencia
Método de cuadrícula absoluta: Utilice un codificador de pulsos absoluto o una regla de rejilla para volver al punto de referencia. Durante la depuración de la máquina herramienta, el punto de referencia se determina mediante la parametrización y la operación de retorno a cero. Mientras la batería de respaldo del elemento de retroalimentación de detección esté en funcionamiento, la información de la posición del punto de referencia se registra cada vez que se arranca la máquina, sin necesidad de volver a realizar la operación de retorno.
Método de cuadrícula incremental: Se utiliza un codificador incremental o una regla de rejilla para volver al punto de referencia. Esta operación es necesaria cada vez que se arranca la máquina. Tomando como ejemplo una fresadora CNC (que utiliza el sistema FANUC 0i), el principio y el proceso de su método de cuadrícula incremental para volver al punto cero son los siguientes:
Coloque el selector de modo en la posición de "retorno al punto de referencia", seleccione el eje para el retorno al punto de referencia y presione el botón de avance rápido del eje. El eje se mueve rápidamente hacia el punto de referencia.
Cuando el bloque de desaceleración, que se mueve junto con la mesa de trabajo, presiona el contacto del interruptor de desaceleración, la señal de desaceleración cambia de activada (ON) a desactivada (OFF). La mesa de trabajo desacelera y continúa avanzando a la velocidad lenta establecida en los parámetros.
Tras la liberación del interruptor de desaceleración por parte del bloque de desaceleración y el contacto cambia de desactivado a activado, el sistema CNC espera la aparición de la primera señal de cuadrícula (también conocida como señal de una revolución PCZ) en el codificador. En cuanto aparece esta señal, el movimiento de la mesa de trabajo se detiene inmediatamente. Simultáneamente, el sistema CNC envía una señal de retorno al punto de referencia y el indicador luminoso de punto de referencia se enciende, indicando que el eje de la máquina herramienta ha regresado correctamente al punto de referencia.
Método de interruptor magnético para el retorno al punto de referencia
El sistema de bucle abierto suele utilizar un interruptor de inducción magnética para el retorno al punto de referencia. Tomando como ejemplo un torno CNC, el principio y el proceso de su método de interruptor magnético para el retorno al punto de referencia son los siguientes:
Los dos primeros pasos son los mismos que los pasos de operación del método de cuadrícula para el retorno al punto de referencia.
Tras la liberación del interruptor de desaceleración por parte del bloque de desaceleración y el contacto cambia de desactivado a activado, el sistema CNC espera la señal del interruptor de inducción. En cuanto esta aparece, el movimiento de la mesa de trabajo se detiene inmediatamente. Simultáneamente, el sistema CNC emite una señal de retorno al punto de referencia y se enciende la luz indicadora de punto de referencia, indicando que la máquina herramienta ha regresado correctamente al punto de referencia del eje.
III. Diagnóstico y análisis de fallas en máquinas herramienta CNC que regresan al punto de referencia
Cuando se produce un fallo en el retorno del punto de referencia de una máquina herramienta CNC, se debe realizar una inspección exhaustiva según el principio de simple a complejo.
(A) Fallas sin alarma
Desviación de una distancia de cuadrícula fija
Fenómeno de falla: cuando se inicia la máquina herramienta y se regresa manualmente al punto de referencia por primera vez, se desvía del punto de referencia en una o varias distancias de cuadrícula, y las distancias de desviación posteriores se fijan cada vez.
Análisis de la causa: Generalmente, la posición del bloque de desaceleración es incorrecta, su longitud es demasiado corta o la posición del interruptor de proximidad utilizado como punto de referencia es incorrecta. Este tipo de fallo suele ocurrir después de la primera instalación y depuración de la máquina herramienta o después de una revisión general.
Solución: Se puede ajustar la posición del bloque de desaceleración o del interruptor de proximidad, y también se pueden ajustar la velocidad de alimentación rápida y la constante de tiempo de alimentación rápida para el retorno al punto de referencia.
Desviación de una posición aleatoria o un pequeño desplazamiento
Fenómeno de falla: se desvía de cualquier posición del punto de referencia, el valor de desviación es aleatorio o pequeño y la distancia de desviación no es igual cada vez que se realiza la operación de retorno al punto de referencia.
Análisis de causa:
Interferencia externa, como una mala conexión a tierra de la capa de protección del cable, o que la línea de señal del codificador de pulsos esté demasiado cerca del cable de alto voltaje.
La tensión de alimentación utilizada por el codificador de pulsos o la regla de rejilla es demasiado baja (inferior a 4,75 V) o hay una falla.
La placa de control de la unidad de control de velocidad está defectuosa.
El acoplamiento entre el eje de alimentación y el servomotor está suelto.
El conector del cable tiene mal contacto o el cable está dañado.
Solución: Se deben tomar las medidas correspondientes según diferentes motivos, como mejorar la conexión a tierra, verificar la fuente de alimentación, reemplazar la placa de control, apretar el acoplamiento y verificar el cable.
(B) Fallos con alarma
Alarma de sobredesplazamiento causada por falta de acción de desaceleración
Fenómeno de falla: Cuando la máquina herramienta regresa al punto de referencia, no se desacelera y continúa moviéndose hasta que toca el final de carrera y se detiene debido a un sobrerrecorrido. La luz verde de retorno al punto de referencia no se enciende y el sistema CNC muestra el estado "NO LISTO".
Análisis de causa: El interruptor de desaceleración para el retorno al punto de referencia falla, el contacto del interruptor no se puede restablecer después de presionarlo hacia abajo o el bloque de desaceleración está suelto y desplazado, lo que da como resultado que el pulso de punto cero no funcione cuando la máquina herramienta regresa al punto de referencia y la señal de desaceleración no se puede ingresar al sistema CNC.
Solución: utilice el botón de función “liberación de sobrerrecorrido” para liberar el sobrerrecorrido de las coordenadas de la máquina herramienta, mueva la máquina herramienta nuevamente dentro del rango de recorrido y luego verifique si el interruptor de desaceleración para el retorno al punto de referencia está suelto y si la línea de señal de desaceleración del interruptor de recorrido correspondiente tiene un cortocircuito o un circuito abierto.
Alarma provocada por no encontrar el punto de referencia después de la desaceleración
Fenómeno de falla: hay una desaceleración durante el proceso de retorno al punto de referencia, pero se detiene hasta que toca el interruptor de límite y las alarmas, y no se encuentra el punto de referencia y la operación de retorno al punto de referencia falla.
Análisis de causa:
El codificador (o regla de rejilla) no envía la señal de bandera cero que indica que se ha regresado al punto de referencia durante la operación de retorno al punto de referencia.
La posición de la marca cero del retorno del punto de referencia falla.
La señal de bandera cero del retorno del punto de referencia se pierde durante la transmisión o el procesamiento.
Hay una falla de hardware en el sistema de medición y no se reconoce la señal de bandera cero del retorno del punto de referencia.
Solución: utilice el método de seguimiento de señal y use un osciloscopio para verificar la señal de bandera cero del retorno del punto de referencia del codificador para juzgar la causa de la falla y llevar a cabo el procesamiento correspondiente.
Alarma causada por una posición de punto de referencia inexacta
Fenómeno de falla: hay una desaceleración durante el proceso de retorno al punto de referencia y aparece la señal de bandera cero del retorno al punto de referencia, y también hay un proceso de frenado a cero, pero la posición del punto de referencia es inexacta y la operación de retorno al punto de referencia falla.
Análisis de causa:
Se ha perdido la señal de bandera cero del retorno del punto de referencia y el sistema de medición puede encontrar esta señal y detenerse solo después de que el codificador de pulso gira una revolución más, de modo que la mesa de trabajo se detiene en una posición a una distancia seleccionada desde el punto de referencia.
El bloque de desaceleración está demasiado cerca de la posición del punto de referencia y el eje de coordenadas se detiene cuando no se ha movido a la distancia especificada y toca el interruptor de límite.
Debido a factores como interferencia de señal, bloqueo suelto y voltaje demasiado bajo de la señal del indicador cero del retorno del punto de referencia, la posición en la que se detiene la mesa de trabajo es inexacta y no tiene regularidad.
Solución: Procesar según diferentes razones, como ajustar la posición del bloque de desaceleración, eliminar la interferencia de la señal, apretar el bloque y verificar el voltaje de la señal.
Alarma provocada por no volver al punto de referencia debido a cambios de parámetros
Fenómeno de falla: cuando la máquina herramienta regresa al punto de referencia, envía una alarma de “no regresado al punto de referencia” y la máquina herramienta no ejecuta la acción de retorno al punto de referencia.
Análisis de causa: Puede deberse a un cambio en los parámetros establecidos, como la relación de aumento del comando (CMR), la relación de aumento de detección (DMR), la velocidad de alimentación rápida para el retorno al punto de referencia, la velocidad de desaceleración cerca del origen se establecen en cero, o el interruptor de aumento rápido y el interruptor de aumento de alimentación en el panel de operación de la máquina herramienta se establecen en 0%.
Solución: Verifique y corrija los parámetros relevantes.
IV. Conclusión
Las fallas de retorno del punto de referencia en las máquinas herramienta CNC se presentan principalmente en dos situaciones: falla de retorno del punto de referencia con alarma y deriva del punto de referencia sin alarma. En caso de fallas con alarma, el sistema CNC no ejecuta el programa de mecanizado, lo que evita la producción de una gran cantidad de residuos; mientras que la deriva del punto de referencia sin alarma es fácil de ignorar, lo que puede generar residuos de piezas procesadas o incluso una gran cantidad de residuos.
En los centros de mecanizado, dado que muchas máquinas utilizan el punto de referencia del eje de coordenadas como punto de cambio de herramienta, es fácil que se produzcan fallos de retorno al punto de referencia durante el funcionamiento prolongado, especialmente los fallos de deriva del punto de referencia sin alarma. Por lo tanto, se recomienda establecer un segundo punto de referencia y utilizar la instrucción G30 X0 Y0 Z0 con una posición a cierta distancia del punto de referencia. Si bien esto presenta algunas dificultades para el diseño del almacén de herramientas y el manipulador, puede reducir considerablemente la tasa de fallos de retorno al punto de referencia y del cambio automático de herramienta de la máquina herramienta, ya que solo se requiere un retorno al punto de referencia al arrancar la máquina herramienta.