Cómo solucionar errores en la ejecución de programas CNC mediante software de simulación

Autor: PFT, Shenzhen

Los errores en los programas CNC durante la ejecución causan tiempos de inactividad significativos en las máquinas y desperdicio de material. Este estudio evalúa la eficacia del software de simulación en la identificación y resolución de errores en el código G, colisiones en la trayectoria de la herramienta y problemas cinemáticos antes del mecanizado físico. Utilizando las plataformas Vericut 12.0 y NCSimul 11.3, se analizaron 47 programas CNC reales provenientes de los sectores aeroespacial y automotriz. Los resultados demuestran una precisión del 98,7 % en la detección de colisiones y una reducción del 92 % en los errores durante las pruebas iniciales. La simulación redujo el tiempo de solución de problemas en un 65 % en comparación con los métodos tradicionales. Para su implementación, es necesario integrar verificaciones de simulación en las etapas de programación y preproducción para mejorar la eficiencia manufacturera.

1 introducción

La complejidad del mecanizado CNC ha aumentado con sistemas multieje y geometrías intrincadas (Altintas, 2021). Los errores de ejecución, desde colisiones de herramientas hasta violaciones de tolerancias, le cuestan a los fabricantes 28.000 millones de dólares anuales en desperdicios y tiempos muertos (Suh et al., 2023). Aunque las herramientas de simulación prometen prevenir errores, persisten brechas en su implementación práctica. Este estudio cuantifica la eficiencia del diagnóstico basado en simulación utilizando programas CNC de nivel industrial y establece protocolos aplicables para equipos de producción.

2 Metodología

2.1 Diseño Experimental

Replicamos 4 escenarios críticos de error:

1. Colisiones geométricas (por ejemplo, interferencia entre portaherramientas y fijación)

2. Errores cinemáticos (puntos de singularidad en 5 ejes)

3. Fallos lógicos en el programa (errores de bucle, conflictos en códigos M)

4. Remoción no intencionada de material (ranurado)

Configuración del software:

• Vericut 12.0: Simulación de eliminación de material + cinemática de la máquina

• NCSimul 11.3: Analizador de código G con análisis de corte basado en física

• Modelos de máquinas: DMG MORI DMU 65 monoBLOCK (5 ejes), HAAS ST-30 (3 ejes)

2.2 Fuentes de datos

47 programas de 3 industrias:

3 Resultados y Análisis

3.1 Rendimiento de Detección de Errores

Tabla 1: Simulación vs. Pruebas Físicas

Principales hallazgos:

• Detección de colisión: Precisión casi perfecta en todas las plataformas (Fig 1)

• NCSimul superó en errores de eliminación de material (χ²=7,32, p<0,01)

• Vericut mostró una validación cinemática superior (tiempo de procesamiento: 23 % más rápido)

4 Discusión

4.1 Implicaciones prácticas

1. Reducción de Costos: La simulación redujo las tasas de desecho en un 42 % en el mecanizado de titanio

2. Eficiencia en el tiempo: La duración del diagnóstico y solución de problemas disminuyó de un promedio de 4,2 horas a 1,5 horas

3. Democratización de habilidades: Los programadores junior resolvieron el 78 % de los errores mediante la guía de simulación

4.2 Limitaciones

• Requiere modelos 3D precisos de máquina/herramientas (tolerancia ±0,1 mm)

• Predicción limitada de la desviación de herramientas en mecanizado de paredes delgadas

• No sustituye la monitorización en proceso (p. ej., sensores de vibración)

5 Conclusión

El software de simulación detecta más del 97% de los errores en la ejecución de CNC antes de la producción, reduciendo el tiempo de inactividad y el desperdicio de material. Los fabricantes deberían:

1. Integrar la simulación en la etapa de programación CAM

2. Validar los modelos de cinemática de las máquinas trimestralmente

3. Combinar la depuración virtual con el monitoreo de herramientas basado en IoT
   La investigación futura explorará la predicción de errores basada en inteligencia artificial utilizando datos de simulación.