Automatización de máquinas rectificadoras CNC [Introducción]
Los fabricantes y usuarios de rectificadoras CNC se enfrentan a los siguientes desafíos a diario.
- Aplicar manualmente la muela abrasiva a la pieza de trabajo y estar atento a las chispas o escuchar los sonidos para confirmar la posición inicial del mecanizado puede llevar mucho tiempo.
- Los empleados veteranos y los nuevos no pueden estandarizar la variación de calidad en el proceso de aplicación de la muela abrasiva.
- Se utilizan sensores AE, pero su precisión es inestable.
En el sector de las máquinas herramienta, las rectificadoras CNC requieren un mecanizado de alta precisión para determinar las dimensiones de la pieza de trabajo.
Por lo tanto, incluso cuando se utiliza el control numérico, la automatización conlleva un alto grado de dificultad, y muchos usuarios se enfrentan al problema de la escasez de mano de obra en sus instalaciones.
Este artículo ofrece una visión en profundidad de los esfuerzos pioneros de METROL en la industria para automatizar completamente las máquinas rectificadoras CNC utilizando sensores de Separación de Aire .
Lo que aprenderás de este artículo
- Comprender los riesgos de la "aplicación manual de la muela abrasiva".
- Comprender cómo utilizar los sensores de Separación de Aire para automatizar las máquinas rectificadoras CNC.
- Comprender cómo automatizar el proceso de aplicación de la muela abrasiva mediante sensores de Separación de Aire .
- Comprensión de los estudios de caso sobre la automatización de máquinas rectificadoras CNC
Mesa de contenido
[Problema] ¿Cuál es el “proceso de aplicación de la muela abrasiva” para una rectificadora CNC?
Normalmente, las dos siguientes operaciones de configuración son esenciales al mecanizar una pieza en una rectificadora CNC.
- Indexación de la posición inicial para el mecanizado con muela abrasiva.
- Posición inicial de la Pieza de trabajo
En general, el proceso de determinar la posición inicial para el mecanizado con muela abrasiva (es decir, el diámetro de la muela) se denomina "proceso de aplicación de la muela abrasiva".
Este “proceso de aplicación de la muela abrasiva” es una tarea difícil y compleja.
Implementación del “Procedimiento de aplicación de la muela abrasiva”
La práctica habitual consiste en acercar manualmente y con cuidado la muela abrasiva giratoria a la superficie de la pieza de trabajo y ponerla en contacto con ella.
La “posición de inicio del mecanizado” se puede determinar mediante las chispas y los sonidos que se producen cuando la muela abrasiva entra en contacto con la pieza de trabajo.
Dado que el punto de mecanizado de la muela abrasiva se desplaza debido a la deformación térmica y al desgaste de la misma, es necesario corregir la posición inicial del mecanizado realizando periódicamente operaciones de "aplicación de la muela abrasiva".
Consejo: ¿Se puede realizar el “procedimiento de aplicación de la muela abrasiva” en cualquier lugar?
Cuando entrevistamos a usuarios de rectificadoras CNC en la feria Mechatronics Technology 2021, descubrimos que 24 de las 30 empresas realizaban el "procedimiento de aplicación de la muela abrasiva" y las 6 restantes utilizaban sensores AE.
Algunas empresas utilizan un bolígrafo para marcar la pieza de trabajo, luego la lijan y ajustan la precisión hasta el punto donde desaparece la marca.
A continuación, explicaremos los riesgos asociados con este "procedimiento de aplicación de la muela abrasiva".
¿Cuáles son los riesgos del "procedimiento de aplicación de la muela abrasiva" para una rectificadora CNC?
El “procedimiento de aplicación de la muela abrasiva” descrito en la sección anterior presenta los siguientes problemas y riesgos.
- Cada aplicación requiere mano de obra manual y la automatización completa no es posible.
- La precisión del mecanizado y las horas de trabajo no son uniformes entre los trabajadores nuevos y los experimentados.
- El contacto directo de la muela abrasiva con la pieza de trabajo provoca que se dañe inmediatamente después del rectificado.
- Existe el riesgo de que la muela abrasiva golpee la pieza de trabajo y provoque un accidente.
Estos problemas relacionados con el error humano y la adquisición de habilidades son difíciles de resolver de la noche a la mañana.
Para construir un sistema de producción sostenible y seguro, se necesitan soluciones mediante la estandarización y la automatización de las habilidades.
¿Qué es la automatización del “procedimiento de aplicación de la muela abrasiva” para una rectificadora CNC?
En METROL, llevamos mucho tiempo estudiando la automatización del "procedimiento de aplicación de la muela abrasiva", que hasta ahora era un trabajo manual, y lo hemos logrado con nuestro método basado en el Sensor de separación de aire .
¿Qué es el “ Sensor de separación de aire ”? Explicación del principio de medición del sensor.
¿Qué es el “Sensor de separación de aire” que automatiza las máquinas rectificadoras CNC?
En pocas palabras, el Sensor de separación de aire es "un sensor de posicionamiento de alta precisión que utiliza aire (boquillas de aire) para detectar la distancia a un objeto como válida o inválida".
Se registra previamente en el sensor un "umbral de distancia" que sirve como criterio de validez/invalidez, y el sensor determina con precisión si la distancia entre el objeto y la boquilla de aire es menor o mayor que el valor del umbral.
[Explicación] Estudio de caso de uso del Sensor de separación de aire
El uso del Sensor de separación de aire se explica tomando como ejemplo la comprobación de si hay una pieza de trabajo presente o no.
Ejemplo: Procedimiento cuando el umbral del sensor está configurado en 10 μm.
- Paso 1 : Registre con anticipación el “umbral de distancia de 10 μm” en el sensor.
- Paso 2 : Acerque la pieza de trabajo a la boquilla para detectar su presencia o ausencia (véase la figura 2).
Cuando la distancia entre la pieza de trabajo y la boquilla es mayor que el valor umbral (=10 µm) → Salida de señal no válida. [Fig. izquierda]
Se aproxima hasta que la distancia entre la pieza de trabajo y la boquilla sea de 10 μm o menos → Cambia a la señal válida. [Figura derecha]
Consejo: ¿Cómo se puede detectar la distancia en el aire? ¿Cuál es el principio que utiliza el sensor para la detección?
El sensor detecta cambios en el caudal y la contrapresión del aire suministrado desde la boquilla para determinar si la señal es válida o no.
Cuando la pieza de trabajo se acerca a la boquilla, esta se bloquea y el suministro de aire se restringe. Como resultado, la presión en el sensor cambia. La distancia al objeto se detecta mediante pequeñas variaciones en la contrapresión.
Explicación de la automatización de rectificadoras CNC mediante sensores.
La siguiente ilustración y las fotografías muestran cómo automatizar el procedimiento de aplicación de la muela abrasiva mediante un Sensor de separación de aire . En las rectificadoras CNC, el objetivo de detección no es la pieza de trabajo, sino la posición inicial de la muela abrasiva rotativa.
[Ilustración] Procedimiento para detectar la posición de inicio del mecanizado utilizando un Sensor de separación de aire.
- Instalación de boquillas de aire en rectificadoras CNC.
- La muela abrasiva, en rotación, se acerca a la boquilla de aire.
- Posición en la que cambia la señal del sensor → Posición de inicio del mecanizado (véase la figura 3)
[Descripción de la foto] Procedimiento para detectar la posición de inicio del mecanizado mediante sensores de Separación de Aire .
En las fotografías ampliadas se muestran la boquilla de aire y la muela abrasiva para ilustrar el procedimiento de detección.
Procedimiento 1: La muela abrasiva en rotación se acerca a la boquilla de aire.
La distancia entre la boquilla y la muela abrasiva es mayor que el valor umbral, y el sensor se encuentra en estado de señal no válida. (Véase la figura 4).
La muela abrasiva se acerca a la boquilla hasta alcanzar la posición umbral en la que la señal cambia a Válida.
Paso 2: La posición en la que se activa la señal es la posición de inicio del mecanizado.
Cuando la distancia entre la muela abrasiva y la boquilla alcanza el umbral, el sensor cambia a la señal válida.
Al leer las coordenadas en las que el sensor cambia a la señal válida, se puede determinar la "posición de inicio del mecanizado de la muela abrasiva".
Paso 3: Calcula el diámetro de la muela abrasiva mediante una operación aritmética.
El diámetro exterior de la muela abrasiva se puede calcular a partir de las coordenadas de la posición de referencia de la muela cuando se emite la señal del sensor.
[Resumen] Automatización del procedimiento de aplicación de la muela abrasiva.
Como se ha descrito anteriormente, a través de los pasos 1 a 3, el "procedimiento de aplicación de la muela abrasiva" que antes se realizaba manualmente ahora está completamente automatizado.
*También es necesario detectar la “altura de la pieza de trabajo” con una sonda táctil o un dispositivo similar.
[Comentario en vídeo] Automatización de máquinas rectificadoras CNC
El procedimiento de medición para muelas abrasivas descrito en el capítulo anterior se presenta en el vídeo que muestra la rectificadora CNC en funcionamiento.
[Ejemplo de uso] Estudio de caso sobre la automatización de una rectificadora CNC
La “automatización del procedimiento de aplicación de la muela abrasiva rotativa” se ha adoptado como un “sensor sin contacto opcional capaz de medir el diámetro de la muela abrasiva” en las rectificadoras CNC de Okamoto Machine Tool Works, un importante fabricante de rectificadoras.
[Preguntas frecuentes] Sobre la automatización de máquinas rectificadoras CNC
A continuación se presentan las respuestas a las preguntas más frecuentes sobre la medición de la posición inicial en el mecanizado con muela abrasiva.
¿Puedo realizar la medición mientras el refrigerante aún está en la muela abrasiva?
Se debe detener el Refrigerante al realizar la medición.
Una vez detenido el flujo de refrigerante, se debe girar la muela abrasiva durante unos segundos para eliminar la humedad antes de realizar la medición y obtener resultados más precisos. Las muelas abrasivas que contienen refrigerante (humedad) pueden no medirse con precisión debido a la expansión.
¿Cuántas señales de sensor se pueden producir?
Se pueden registrar hasta 3 señales. Al establecer umbrales según el objetivo, es posible un control altamente productivo.
Algunos ejemplos son las "señales de medición" para ver la posición de la muela abrasiva, las "señales de desaceleración" para controlar la velocidad de aproximación de la muela abrasiva y las " señales de sobrecarrera " para evitar colisiones.
¿Hasta qué tamaño de grano de la muela abrasiva se puede observar?
Cuanto más fino sea el abrasivo de una muela de rectificado de precisión, mayor será la repetibilidad y, por lo tanto, más precisa será la medición.
Las muelas abrasivas de Precisión, como las de diamante y las de CBN, se pueden medir con una repetibilidad de hasta 1 μm.
Para más detalles, póngase en contacto con nuestro equipo.
¿Se pueden medir las muelas abrasivas de cualquier forma?
- muela abrasiva normal
- Muela abrasiva tipo R
- Muela abrasiva de corte fino (cuchilla)
- Muela abrasiva cónica para mecanizado de ranuras en V.
Cada forma de muela abrasiva requiere un método de detección diferente. Contacto para obtener ayuda.
¿A cuántas revoluciones por minuto se debe medir la muela abrasiva?
Como referencia, se recomienda realizar las mediciones a las mismas revoluciones por minuto (rpm) que durante el procesamiento . Para obtener información sobre rpm específicas, póngase en contacto con nosotros para recibir asistencia.
¿Dónde está instalado el Sensor de separación de aire ?
Dado que cuanto menor sea la longitud de la tubería de aire entre la boquilla y el sensor, mejor será la respuesta, se recomienda instalar el sensor cerca de la boquilla.
El Sensor de separación de aire tiene una IP67 y es resistente al aceite de corte, por lo que puede instalarse dentro de la máquina.
¿Es posible la instalación en una máquina convencional, en lugar de una rectificadora CNC?
No se recomienda la instalación en máquinas convencionales, ya que resulta difícil alinear la boquilla con la muela abrasiva.
¿Qué se requiere para automatizar una rectificadora CNC?
Actualmente, contamos con una sólida trayectoria en instalaciones de rectificadoras CNC fabricadas por Okamoto Machine Tool Works, Ltd. No dude en consultarnos.
Agradecemos sus consultas, incluso en relación con rectificadoras CNC de otros fabricantes.
¿Cuál es la diferencia con un sensor AE?
Los sensores AE (Emisión Acústica) son sensores de contacto que detectan la forma de onda cuando la muela abrasiva se aplica directamente a la pieza de trabajo.
- Dado que la posición en la que se mecaniza la pieza es la posición inicial del mecanizado, existe el riesgo de que se produzca una desviación dimensional después del mecanizado.
- Resulta difícil estabilizar la precisión de la detección cuando cambian las condiciones.
El Sensor de separación de aire es un sistema de detección sin contacto que utiliza aire para una detección estable sin dañar la pieza de trabajo ni la muela abrasiva.
[Comentario en vídeo] Automatización de máquinas rectificadoras CNC
La automatización de las rectificadoras CNC descrita hasta ahora se explica en un vídeo fácil de entender mediante animación 3D.
Conclusión
El control de la posición de la muela abrasiva mediante sensores de Separación de Aire ha sido adoptado por varios fabricantes de rectificadoras, incluido el mayor fabricante de rectificadoras del sector.
A medida que la escasez de mano de obra siga aumentando en el futuro, la automatización de los procesos manuales será uno de los temas más importantes.
Establecer un método de automatización que se adapte a las necesidades de la empresa se convertirá en una ventaja para los fabricantes en el futuro.
Considere la "automatización de las máquinas rectificadoras" como una de las maneras de lograrlo.
Más información sobre los productos que aparecen en este artículo.
Sensor Air Gap DPA-PLR2B Serie DPA-PLR2B
Detección automatizada de muelas abrasivas en rectificadoras CNC
Consultas sobre los requisitos para la automatización de máquinas rectificadoras CNC.
Nuestros ingenieros responderán a sus preguntas sobre la automatización de máquinas rectificadoras CNC.
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