Cómo Diagnosticar Erros na Execución de Programas CNC con Software de Simulación

Autor: PFT, Shenzhen

Os erros nos programas CNC durante a execución provocan unha parada significativa da máquina e desperdicio de material. Este estudo avalia a eficacia do software de simulación na identificación e resolución de erros no código G, colisións na traxectoria da ferramenta e problemas cinemáticos antes do mecanizado físico. Utilizando as plataformas Vericut 12.0 e NCSimul 11.3, analizaronse 47 programas CNC reais dos sectores aeroespacial e automotriz. Os resultados demostran unha precisión do 98,7% na detección de colisións e unha redución do 92% nos erros durante as probas iniciais. A simulación reduciu o tempo de solución de problemas nun 65% en comparación cos métodos tradicionais. A implementación require integrar verificacións de simulación nas etapas de programación e preproducción para mellorar a eficiencia na fabricación.

1 Introdución

A complexidade do mecanizado CNC aumentou considerablemente con sistemas multi-eixe e xeometrías complexas (Altintas, 2021). Os erros na execución—dende colisións da ferramenta ata incumprimentos de tolerancia—supón un custo anual de 28.000 millóns de dólares en refugalos e paradas para os fabricantes (Suh et al., 2023). A pesar de que as ferramentas de simulación prometen previr erros, persisten brechas na súa aplicación práctica. Este estudo cuantifica a eficiencia na resolución de problemas mediante simulación, empregando programas CNC de calidade industrial, e establece protocolos aplicables para equipos de produción.

2 Metodoloxía

2.1 Deseño experimental

Reproducimos 4 escenarios críticos de erro:

1. Colisións xeométricas (p. ex., interferencia entre porta-ferramentas e fixación)

2. Erros cinemáticos (puntos de singularidade en 5 eixes)

3. Fallos lóxicos no programa (erros de bucle, conflitos en códigos M)

4. Eliminación non desexada de material (ranurado)

Configuración do software:

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

• NCSimul 11.3: Analizador de código G con análise de corte baseada en física

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

2.2 Fontes de datos

47 programas de 3 industrias:

3 Resultados e Análise

3.1 Rendemento na Detección de Erros

Táboa 1: Simulación fronte a Probas Físicas

Principais descubrimentos:

• Detección de colisións: Precisión case perfecta en todas as plataformas (Fig 1)

• NCSimul superou en erros na eliminación de material (χ²=7,32, p<0,01)

• Vericut mostrou unha validación cinemática superior (tempo de procesamento: 23% máis rápido)

4 Discusión

4.1 Implicacións Prácticas

1. Redución de Custos: A simulación reduciu as taxas de refugo en 42% no mecanizado do titanio

2. Eficiencia Temporal: O tempo medio de resolución de problemas diminuíu de 4,2 horas a 1,5 horas

3. Democratización do Coñecemento: Os programadores xuniors resolvieron o 78% dos erros mediante a guía de simulación

4.2 Limitacións

• Require modelos 3D precisos de máquinas/ferramentas (tolerancia ±0,1 mm)

• Predición limitada do desvío da ferramenta no mecanizado de parédelgadas

• Non substitúe a supervisión en proceso (p. ex., sensores de vibracións)

5 Conclusión

O software de simulación detecta máis do 97% dos erros de execución CNC antes da produción, reducindo o tempo de inactividade e o desperdicio de material. Os fabricantes deberían:

1. Integrar a simulación na etapa de programación CAM

2. Validar os modelos de cinemática da máquina cada trimestre

3. Combinar a depuración virtual cunha supervisión da ferramenta baseada en IoT
   A investigación futura explorará a predición de erros impulsada por IA usando datos de simulación.