Cómo Automatizar la Inspección de Herramientas CNC con Sonda Incorporada en la Máquina

PFT, Shenzhen

Resumen

La inspección automatizada de herramientas se ha convertido en un paso esencial en la mecanización CNC moderna, especialmente en la producción de alta precisión y alto volumen. El propósito de este estudio fue evaluar la efectividad de los sistemas de medición por contacto para monitorear el desgaste de las herramientas y la precisión dimensional sin interrumpir el tiempo de ciclo. Los métodos incluyeron la integración de un palpador de contacto en una máquina de mecanizado vertical de tres ejes, combinado con ciclos de inspección personalizados desarrollados en el software de control. Los datos se recopilaron a partir de inspecciones repetidas de herramientas durante 500 ciclos de mecanizado, registrando las desviaciones en diámetro y longitud. Los resultados mostraron que la medición automatizada redujo el tiempo de inspección manual en un 65%, manteniendo al mismo tiempo la precisión dimensional dentro de ±2 µm. El análisis comparativo con la inspección fuera de línea indicó que la medición dentro de la máquina logró una repetibilidad igual o superior, especialmente para detectar el desgaste progresivo del flanco. El estudio concluye que la medición dentro de la máquina proporciona una solución práctica y escalable para automatizar la inspección de herramientas en entornos CNC, apoyando tanto la confiabilidad del proceso como la reducción de costos.

1 introducción

El desgaste y la rotura de herramientas son algunas de las causas más comunes de desviaciones en las piezas y tiempos muertos de las máquinas en la producción CNC. Tradicionalmente, la inspección ha dependido de mediciones manuales utilizando equipos offline, como preajustadores de herramientas y microscopios. Aunque estos métodos son precisos, interrumpen la producción y aumentan los costos laborales. La tecnología de medición por contacto dentro de la máquina aborda estos desafíos permitiendo la medición automatizada de herramientas directamente dentro del ciclo de mecanizado. Este estudio investiga cómo se puede implementar la medición dentro de la máquina para automatizar la inspección de herramientas, centrándose en la metodología de diseño, los resultados de rendimiento y las implicaciones prácticas.

2 Método de Investigación

2.1 Concepto de Diseño

El sistema de inspección se basó en una sonda de contacto integrada en el husillo de un centro de mecanizado vertical. Se programó la sonda para medir la longitud y el diámetro de las herramientas antes y después de cada ciclo de mecanizado. Las rutinas de medición se desarrollaron utilizando macros de código G estándar para garantizar la reproducibilidad en diferentes máquinas.

2.2 Recolección de Datos

Los datos se recopilaron a partir de 500 ciclos de mecanizado de componentes de acero endurecido. Las desviaciones de longitud y diámetro de la herramienta fueron registradas automáticamente por el controlador CNC. Las mediciones fuera de línea utilizando un preajustador de herramientas sirvieron como grupo de control.

2.3 Equipamiento y Modelos

• Máquina: vMC de 3 ejes, husillo de 12,000 rpm

• Sonda: Sonda Renishaw OMP60 de contacto

• Herramientas probadas: fresas de carburo de 10 mm de diámetro, recubiertas con TiAlN

• El software: Controlador Fanuc 0i-MF con ciclos de medición personalizados

Esta configuración garantiza la reproducibilidad y permite que la metodología se adapte a otras configuraciones de máquina.

3 Resultados y Análisis

3.1 Medición de Longitud de Herramienta

La figura 1 muestra la comparación entre la detección en máquina y la preconfiguración offline. Los resultados indicaron una desviación máxima de ±2 µm, sin diferencia significativa entre los métodos.

3.2 Medición del Diámetro de la Herramienta

La tabla 1 presenta las desviaciones del diámetro de la herramienta medidas a lo largo de 500 ciclos. La sonda en máquina detectó consistentemente reducciones graduales causadas por el desgaste del flanco.

Tabla 1 Desviación del Diámetro de la Herramienta a lo Largo de 500 Ciclos (µm)

Los datos confirman que la medición en máquina proporciona una precisión equivalente ahorrando tiempo en comparación con los métodos manuales.

3.3 Eficiencia de tiempo

La inspección manual requería un promedio de 45 segundos por herramienta, mientras que la medición automatizada redujo este tiempo a 15 segundos, logrando una reducción del 65% en tiempo.

4 Discusión

Los resultados sugieren que la medición en máquina puede reemplazar o complementar la inspección offline de herramientas en muchas aplicaciones CNC. Su eficacia proviene de la capacidad de medir directamente las herramientas en el entorno de mecanizado, eliminando los errores de configuración causados por el manejo de las herramientas. Las limitaciones incluyen los requisitos de calibración del palpador e interferencias potenciales de la señal en entornos con alta presión de refrigerante. Sin embargo, para la mayoría de los escenarios de producción de alto volumen, los beneficios superan estas limitaciones. Los hallazgos implican que la adopción generalizada de la medición en máquina podría reducir significativamente el tiempo de inactividad y mejorar el control del proceso.

5 Conclusión

La inspección automatizada de herramientas mediante palpado en máquina logra una precisión comparable a los métodos offline, ofreciendo al mismo tiempo importantes ahorros de tiempo. El método es práctico, repetible y compatible con controles CNC estándar. Futuras investigaciones podrían centrarse en la integración de modelos de predicción en tiempo real del desgaste con los datos de palpado, mejorando aún más el mantenimiento predictivo en el mecanizado CNC.