A medida que avanza el nivel de inteligencia en la fabricación, las máquinas herramienta CNC —como equipo fundamental en la fabricación moderna— se enfrentan a exigencias cada vez más rigurosas en materia de automatización y precisión de mecanizado.
El sistema portaherramientas, un componente crítico de las máquinas herramienta CNC, influye directamente tanto en la eficiencia del mecanizado como en la calidad del producto.
La investigación exhaustiva de los mecanismos operativos de los portaherramientas reviste gran importancia para mejorar los estándares de mantenimiento de los equipos.
Estructura del portaherramientas y control eléctrico externo
El portaherramientas del torno es el mecanismo para el cambio automático de herramientas en un torno, y constituye un componente crítico.
En ella se montan diversas herramientas de corte, y su estructura influye directamente en el rendimiento de corte y la eficiencia operativa de la máquina herramienta.
Existen muchos tipos de portaherramientas: portaherramientas simples que utilizan sensores de efecto Hall para la detección de la posición de la herramienta, portaherramientas automáticos con codificadores de posición que permiten el cambio bidireccional de herramientas y portaherramientas motorizados capaces de accionar las herramientas.
El control de rotación emplea motores de corriente alterna estándar o servomotores, con diferentes modelos de torreta portaherramientas.
Normalmente, el control de cambio de herramientas requiere funciones como identificar la posición actual de la herramienta y compararla con la posición objetivo.
Las torretas portaherramientas comunes en las máquinas CNC se dividen en dos categorías principales: torretas verticales y torretas horizontales, como se muestra en la Figura 1 y la Figura 2.
El portaherramientas de torreta es una configuración de portaherramientas ampliamente adoptada que logra el cambio automático de herramientas en máquinas herramienta mediante la rotación, indexación y posicionamiento de la torreta.
Compuesto por el cuerpo del portaherramientas, la torreta portaherramientas (de 4 estaciones), el mecanismo de posicionamiento (engranaje final/sensor de efecto Hall), el motor (estándar o servo) y la transmisión de engranaje helicoidal, realiza los cambios de herramienta mediante el control PMC de la rotación del motor, la reducción del engranaje helicoidal, el indexado de la torreta y el bloqueo del pasador de posicionamiento.
Control eléctrico
El portaherramientas simplificado de cuatro lados emplea un sistema de control de motor de corriente alterna trifásico .
Al regular la rotación hacia adelante y hacia atrás del motor junto con la estructura mecánica, se logran funciones de rotación hacia adelante, rotación hacia atrás, posicionamiento y bloqueo.
Los operadores controlan la dirección y la parada del motor mediante la conmutación de la lógica del circuito, que cambia activamente la secuencia de fases de la alimentación del devanado del estátor.
Este cambio invierte el campo magnético rotatorio, permitiendo que el motor gire hacia adelante o hacia atrás.
Los operadores detienen el motor desconectando la alimentación o interrumpiendo el circuito.
El método más clásico es el circuito de enclavamiento que utiliza contactores y pulsadores, el cual impide la energización simultánea de los contactores de avance y retroceso que podría causar un cortocircuito.
El circuito consta principalmente de un circuito principal y un circuito de control.
El circuito principal se conecta directamente a la fuente de alimentación trifásica (L1, L2, L3 ) y al motor ( M ).
Sus componentes principales son dos contactores de CA , KM1 y KM2 , cuyos contactos principales controlan la secuencia de fases de la alimentación del motor.
El circuito de control comprende relés de pulsador equivalentes ( Y2.2 para rotación hacia adelante, Y2.3 para rotación hacia atrás) y bobinas de relé ( KA1, KA2 ), siendo el núcleo la lógica de enclavamiento.
Este enclavamiento lógico se añade dentro del programa PMC.
El circuito de hardware de control eléctrico, incluido el circuito principal y el bucle de control para el portaherramientas de cuatro vías, se muestra en la Figura 3.
Flujo de trabajo del cambiador de herramientas cuádruple
El flujo de trabajo del cambiador de herramientas cuádruple se ejecuta introduciendo los comandos de selección de herramientas T1-T4 en el panel de control de la máquina CNC.
A continuación, el CNC transmite el número de herramienta ( código T ) al PMC para su recepción y procesamiento.
Al recibir la señal de selección de herramienta, el PMC controla la rotación hacia adelante/atrás del motor para accionar la torreta de herramientas.
La torreta selecciona la herramienta más cercana. Durante la rotación, la torreta portaherramientas recibe datos de posición de sensores Hall o codificadores para un posicionamiento preciso.
Al invertir el sentido del motor, se bloquea mecánicamente el disco dentado final y, finalmente, se envía una señal de finalización de la selección de herramienta al CNC.
Durante los cambios manuales de herramienta, al pulsar el botón de cambio de herramienta se permite la selección secuencial de herramientas en el mismo sentido de rotación.
Cuando la torreta portaherramientas cambia de herramienta, el programa PMC normalmente gestiona procesos como la identificación del número de herramienta en la posición de trabajo actual y la determinación de si el número de herramienta se encuentra dentro del rango de cambio.
El PMC controla la rotación del motor de la torreta de herramientas para gestionar la selección de herramientas.
Programas de cambio de herramientas manual y automático (PMC)
Asignación manual y automática de direcciones de programa, como se muestra en la Tabla 1.
Condiciones de ejecución del cambio automático de herramienta
La figura 4 muestra la conexión de la señal de selección de herramienta. Cuando la máquina CNC recibe el comando T, activa R119.0.
La máquina CNC transmite la señal F al PMC.
F7.3 es la señal de acuse de recibo que envía el sistema CNC al PMC después de recibir el comando T , mientras que F1.3 es la señal de acuse de recibo de inhibición del eje de avance.
La figura 5 muestra el programa de codificación de números de herramientas T, y la tabla 2 presenta la tabla de codificación de números de herramientas.
La figura 6 transfiere los cuatro bits inferiores de la ubicación de memoria R120 al registro K.
Esta transferencia facilita la determinación del código de la herramienta.
Cuando se introduce el número de herramienta requerido a través del panel de la máquina CNC, el sistema CNC genera el código binario correspondiente en F26.
La instrucción COIN compara la unidad de memoria K con la señal del código de la herramienta.
Cuando los datos de K9 coinciden con los datos de F26 , el sistema genera una señal de salida, cierra el relé intermedio y completa la identificación de la herramienta.
De manera similar, el sistema puede manejar mensajes de error cuando los operadores ingresan comandos no válidos o ingresan TO.
En la documentación pertinente de FANUC encontrará explicaciones detalladas de las instrucciones de funcionamiento.
Método de implementación de selección de herramientas manual y automática
(a) Desplazarse a la siguiente posición de la herramienta.
- Paso 1: X0.2 conduce el Y2.3 El motor del portaherramientas gira hacia adelante.
- Paso 2: Localice la siguiente posición de la herramienta dentro del tiempo especificado.
- Paso 3: Después Y2.3=0 Tras un tiempo de espera determinado, el motor gira en sentido inverso.
- Paso 4: Después Y2.2 invierte y retrae durante el tiempo especificado. Y2.2 desconexiones.
Programe la rotación del motor del portaherramientas, configure las condiciones de conexión y las señales de parada para habilitar las funciones de avance/retroceso y parada.
El circuito de avance/retroceso/parada representa un circuito de control típico, por lo que no lo detallaremos aquí.
(b) Selección manual de herramientas.
Los operarios deben realizar la selección manual de herramientas en modo manual. Durante la programación, deben configurar la máquina en modo de selección manual.
La diferencia radica en el paso 2: no configure un tiempo de reversión hasta que X0.2 se desconecte. Todos los demás pasos permanecen iguales.
(c) Selección automática de herramientas.
La diferencia radica en el Paso 1: R119.0=1 inicia el arranque.
Finalmente, agregue una función auxiliar para completar la señal G4.3 , estableciendo G4.3=1 , como se muestra en la Figura 7.
El programa de cambio de herramientas presenta una lógica rigurosa, que aborda tanto la implementación funcional como las posibles excepciones.
Esto incluye escenarios como fallos por tiempo de espera en la selección de herramientas debido a daños en los sensores, introducción de códigos no válidos, errores en la selección de modo y paradas del motor.
Todos estos casos requieren una gestión exhaustiva dentro del programa PMC.
El módulo PMC de la máquina herramienta CNC actúa como el “puente” que conecta el sistema de control numérico ( NC ) con los actuadores de la máquina herramienta.
Gestiona el intercambio de señales de control lógicas y emplea la administración, formando el componente central que permite el mecanizado automatizado en máquinas herramienta CNC.
Para el programa completo, consulte el programa integrado de la máquina herramienta. Este documento explica únicamente los principios de aplicación.
Conclusión
Con un conocimiento sólido de los principios operativos de los sistemas PMC de máquinas herramienta CNC , aprovechar las capacidades de diagnóstico del sistema FANUC puede reducir significativamente el tiempo que necesita el personal de mantenimiento para resolver fallas.
Al consultar los estados de entrada y salida de E/S , los operadores pueden identificar y resolver fallos rápidamente, mejorando así la eficiencia del mantenimiento y la gestión de los equipos.
Además, los ingenieros pueden llevar a cabo el desarrollo funcional según sea necesario, centrándose en actualizaciones basadas en PMC , como modificaciones de lógica de alto voltaje para máquinas herramienta, controles de protección de seguridad, gestión del estado de las máquinas herramienta y funciones auxiliares personalizadas.
Preguntas Frecuentes
¿Cuál es la función de un portaherramientas en las máquinas herramienta CNC?
El portaherramientas es un componente crítico que monta las herramientas de corte en una máquina CNC. Influye directamente en la eficiencia del mecanizado, el rendimiento del corte y la calidad del producto. Los portaherramientas avanzados, incluidos los motorizados y automáticos, permiten un posicionamiento preciso de la herramienta y cambios de herramienta bidireccionales o mediante torreta.
¿En qué se diferencian los portaherramientas de torreta verticales y horizontales en los tornos CNC?
Las torretas verticales y horizontales son dos configuraciones principales para los portaherramientas de las máquinas herramienta CNC. Las torretas verticales hacen girar las herramientas alrededor de un eje vertical, optimizando el espacio y el acceso a las mismas, mientras que las torretas horizontales giran alrededor de un eje horizontal, mejorando la estabilidad y la distribución de la fuerza de mecanizado para operaciones de alta exigencia.
¿Cómo controla el sistema PMC el cambio de herramientas en las máquinas CNC?
El controlador lógico programable (PMC) sirve de enlace entre el sistema CNC y los actuadores de la máquina. Recibe comandos de selección de herramienta, controla la rotación del motor para el indexado de la torreta, monitoriza la posición mediante sensores Hall o encoders y garantiza que la herramienta correcta se bloquee en su lugar. El sistema también gestiona las condiciones de error y las operaciones de cambio manual de herramienta.
¿Cuáles son los métodos clave de control eléctrico para un portaherramientas CNC de cuatro lados?
Un portaherramientas de cuatro lados suele utilizar un motor de CA trifásico controlado mediante lógica de avance/retroceso. Los circuitos de enclavamiento impiden la energización simultánea de los contactores de avance y retroceso, garantizando así un funcionamiento seguro. Los circuitos de control gestionan las entradas de los pulsadores y las señales de los relés para automatizar la rotación, el posicionamiento y el bloqueo de la herramienta.
¿Cómo se implementan los procesos de selección de herramientas manuales y automáticos en los tornos CNC?
La selección manual de herramientas se realiza en modo manual, donde el operario desplaza la torreta hasta la posición deseada. La selección automática utiliza la lógica PMC, donde los comandos de herramienta del panel CNC activan la rotación del motor, el indexado de la torreta y el bloqueo de la herramienta. Las señales auxiliares confirman la finalización del cambio de herramienta y garantizan un posicionamiento preciso.
¿Cómo mejora la comprensión de las operaciones de PMC el mantenimiento y las actualizaciones de las máquinas CNC?
Un conocimiento sólido de la lógica PMC y los estados de E/S permite al personal de mantenimiento diagnosticar y resolver fallas con rapidez. Este conocimiento también facilita las actualizaciones funcionales, incluyendo ajustes de lógica de alto voltaje, controles de seguridad y funciones auxiliares personalizadas, lo que mejora el rendimiento, la confiabilidad y la eficiencia operativa de la máquina.
Solomon Yang es un profesional de la industria manufacturera con amplia experiencia en la fabricación de componentes electrónicos, mecánicos e industriales. Tras haber ocupado diversos cargos en empresas manufactureras estadounidenses y taiwanesas, ha desarrollado un profundo conocimiento de los procesos de fabricación, la gestión de la producción, el control de calidad y las operaciones de la cadena de suministro global.
Con amplia experiencia en desarrollo de negocios, operaciones de ventas, comercio internacional, gestión de relaciones con clientes y soporte de proyectos de ingeniería, Solomon combina el conocimiento técnico con la estrategia comercial para ofrecer soluciones de fabricación innovadoras y rentables. Le apasionan las tecnologías de fabricación avanzadas, la mejora de procesos y el desarrollo profesional continuo, y está firmemente comprometido con la creación de valor para clientes y socios en todo el mundo.
