Diagnóstico y eliminación de errores en el posicionamiento de máquinas herramienta CNC: juego SHP, realimentación de encoders, compensación térmica y ajuste de servos.

Technical analysis: Troubleshooting CNC machine positioning errors: ballscrew backlash, encoder feedback, thermal compen

1. Descripción del problema y ámbito de aplicación.

Este manual está destinado al diagnóstico del sistema y la resolución de problemas de errores de posicionamiento que ocurren en máquinas herramienta CNC, como máquinas de fresado, torneado, rectificado y electroerosión. Un posicionamiento incorrecto puede provocar defectos de producción, aumento del tiempo de ciclo y daños a las herramientas y máquinas. Tres categorías principales de errores de posicionamiento están definidas por el grado de criticidad:

  • Crítico (Crítico): Los errores de posicionamiento que exceden los límites de tolerancia de la pieza en más del 50% provocan una falla total del producto, daños a la máquina o herramienta. Exigen parada inmediata del equipo.
  • Mayor: Errores de posicionamiento en el rango del 25 al 50 % de la tolerancia permitida de la pieza. Puede dar lugar a piezas condicionalmente aceptables o la necesidad de retrabajo. Requieren una parada programada para diagnóstico.
  • Insignificante (menor): errores de posicionamiento que se encuentran en el rango de hasta el 25 % de la tolerancia permitida de la pieza, pero que ya son observados por el operador o registrados por el sistema de monitoreo. Indican el comienzo de la degradación del sistema. Requieren seguimiento e inclusión en el mantenimiento programado.

2. Precauciones

ATENCIÓN: Antes de iniciar cualquier trabajo de diagnóstico o reparación en máquinas CNC, se deben seguir estrictas reglas de seguridad. El incumplimiento de estas instrucciones podría provocar lesiones graves o la muerte, o daños al equipo.
  • Bloqueo y etiquetado (LOTO): Asegúrese de realizar el procedimiento de bloqueo/etiquetado de acuerdo con las instrucciones internas de la empresa y los requisitos de las normas (por ejemplo, DSTU EN 1037, ISO 14118). Asegurar el apagado completo de todas las fuentes de energía (eléctrica, hidráulica, neumática).
  • Energía residual: Asegúrese de que toda la energía residual (en condensadores, resortes, acumuladores hidráulicos, sistemas neumáticos) esté descargada o bloqueada.
  • Equipo de protección personal (PPE): Utilice siempre el EPP adecuado: gafas de seguridad, guantes de trabajo, calzado de seguridad y ropa protectora. Utilice guantes y herramientas dieléctricos cuando trabaje con componentes eléctricos.
  • Superficies/componentes calientes: Tenga cuidado, ya que algunos componentes (motores, unidades, ejes) pueden estar calientes incluso después de apagar la alimentación.
  • Piezas móviles: Nunca trabaje con las protecciones abiertas mientras la máquina esté en funcionamiento. Evite el contacto con piezas móviles (SHP, guías lineales).

3. Herramientas de diagnóstico necesarias

Herramienta Especificación/modelo Rango de medición Propósito
multímetro digital RMS verdadero, no inferior a la clase de precisión 0,5 Voltaje: hasta 1000 V (AC/DC); Corriente: hasta 10 A (AC/DC); Resistencia: hasta 50 MΩ Comprobación de la alimentación, integridad del cable, resistencia del devanado del motor, señales del codificador (tensión).
Indicador tipo reloj/Indicador dentado de palanca Clase de precisión 0,001 mm, rango 0-10 mm Precisión: ±0,001 mm Medidas de juego, descentramiento, paralelismo, perpendicularidad y desplazamiento axial.
Interferómetro láser HEIDENHAIN, Renishaw o equivalente Longitud: hasta 80 m; Precisión: ±0,5 µm/m Medición de alta precisión de exactitud lineal, repetibilidad, juego, error de paso, rectitud. Cumplimiento de la norma ISO 230-2.
Cámara termográfica (cámara termográfica) Rango de temperatura: -20°C a +350°C; Precisión: ±2°C o 2% Resolución: 320x240 IR Detección de sobrecalentamiento de cojinetes, motores, acoplamientos, fuentes de deformación térmica de elementos estructurales.
Osciloscopio digital Ancho de banda: al menos 100 MHz; 2-4 canales Frecuencia de muestreo: al menos 1 Gwib/s Análisis de señales de retroalimentación de codificadores (señales de cuadratura, sinusoidales, pulsos), diagnóstico de ruido, interferencias, distorsiones.
analizador de vibraciones Rango de frecuencia: 0,5 Hz - 20 kHz; Acelerómetro: 100 mV/g Rango dinámico: >80 dB Detección de desequilibrios, inconsistencias, defectos en rodamientos en cajas de cambios, motores. Cumplimiento de la norma ISO 10816.
software de servodiagnóstico SEDRIVE (Siemens), DriveMonitor (FANUC), Servus (Bosch Rexroth) o similar Depende del fabricante Análisis de servoparámetros, ajustes del controlador PID, monitoreo de errores, oscilografía de señales internas.

4. Lista de verificación de evaluación inicial

Antes de iniciar un diagnóstico detallado, es necesario recopilar la mayor cantidad de información posible sobre las condiciones del mal funcionamiento.

Parámetro Qué observar/registrar Propósito
Términos de uso Temperatura en el taller (°C), humedad (%), presencia de corrientes de aire, estabilidad del suministro eléctrico (V). Detección de la influencia del ambiente externo, especialmente sobre la estabilidad térmica.
Historial de alarmas Anote los códigos de error del CNC (por ejemplo, FANUC SV0401, Siemens 25000), el tiempo y la frecuencia de su aparición. Identificación del tipo de avería y su frecuencia.
Hora de aparición del error ¿El error aparece inmediatamente después de empezar, después de una carrera larga o después de ciertos movimientos? Indica problemas térmicos o dependencia de carga.
Error de localización ¿En qué eje (X, Y, Z, A, B) se observa el error? ¿En qué rango de movimiento? Ayuda a limitar su búsqueda a un sistema mecánico o eléctrico específico.
Resultados del procesamiento Inspección de piezas procesadas (inexactitud de dimensiones, falta de redondez, pasos en las superficies). Fotos de defectos. Identificación visual de la naturaleza del error de posicionamiento.
Cambios recientes ¿Se ha realizado mantenimiento, se han sustituido componentes, se ha actualizado el software del CPC y se han modificado los programas de procesamiento? Identificar posibles causas relacionadas con intervenciones recientes.
Ruidos/vibraciones mecánicas Ruidos inusuales (crujidos, zumbidos, golpes) o vibraciones durante el movimiento del eje. Signos de desgaste o daño mecánico.

5. Algoritmo de diagnóstico sistemático

Siga este algoritmo paso a paso para identificar sistemáticamente la causa del error de posicionamiento.

  1. Comprobación inicial (sin alimentación):
    1. Inspección visual:
      • Compruebe los cables de los motores, codificadores y sensores en busca de daños, dobleces y fiabilidad de la conexión.
      • Inspeccione los acoplamientos entre el motor y la caja de cambios en busca de juego, daños o tornillos flojos.
      • Verificar la presencia de objetos extraños en las guías lineales SHP.
      • Inspeccione las cubiertas protectoras en busca de daños que puedan interferir con el movimiento.
    2. Comprobación mecánica manual:
      • Desconecte el embrague del servomotor de la SHV. Intente girar el SHVP manualmente. SI La válvula gira fuerte o con una resistencia notable ENTONCES verificar los cojinetes de la válvula, la presencia de suciedad, daños en la tuerca de la válvula (Ver 7.1.3).
      • Desplace el servomotor manualmente. SI gira rígido o hace ruido ENTONCES revise los cojinetes del motor.
      • Mover el eje de la máquina manualmente (con el mando a distancia desconectado o el motor apagado). SI el movimiento se produce con tirones o con gran esfuerzo ENTONCES verificar las guías lineales, su lubricación, la presencia de daños mecánicos.
  2. Diagnóstico del juego del husillo de bolas (Ball Screw Backlash):
    1. Medición del juego del husillo de bolas mediante un indicador:
      • Instale un indicador tipo reloj en la base de la máquina, apoye su pata contra la parte móvil del eje (por ejemplo, una mesa).
      • Cambie al modo MDI en el CPC.
      • Mueva el eje a la posición donde ocurre el error.
      • Haga un pequeño movimiento (por ejemplo, 10 mm) en una dirección (por ejemplo, +X). Registre la lectura del indicador.
      • Haga un pequeño movimiento (por ejemplo, 10 mm) en la dirección opuesta (-X). Registre la lectura del indicador.
      • SI la diferencia en las lecturas del indicador supera los 0,02 mm ENTONCES la causa probable es el juego del vástago de la válvula.
      • SI el juego es de 0,005 mm - 0,02 mm ENTONCES esto es una señal de desgaste inicial que requiere monitoreo o mantenimiento programado.
      • Especialmente crítico: juego > 0,05 mm.
    2. Comprobación de los rodamientos de la válvula:
      • Compruebe el desplazamiento axial del soporte de la válvula mediante el indicador.
      • SI el desplazamiento axial supera los 0,005 mm ENTONCES los rodamientos del SHV deben reemplazarse o ajustarse.
      • Utilice un analizador de vibraciones. Mida la vibración en los soportes del SHVP. SI el nivel de vibración total supera los 4,5 mm/s (RMS) o se observan frecuencias características de los rodamientos ENTONCES los rodamientos están desgastados.
    3. Comprobación de la fijación de la tuerca del tornillo:
      • Inspeccione la fijación de la tuerca del tornillo a la parte móvil para ver si está aflojada.
      • Apriete los sujetadores al par recomendado (consulte la documentación del OEM).
  3. Diagnóstico de retroalimentación del codificador (Encoder Feedback):
    1. Comprobación de la integridad del cable del codificador:
      • ATENCIÓN: ¡Apague la fuente de alimentación del CNC!
      • Con un multímetro, verifique la conductividad de cada conductor del cable del codificador. La resistencia debe ser <1 ohmio.
      • Verifique el aislamiento del cable en busca de cortocircuito con el cuerpo o entre sí. La resistencia debe ser >1 MΩ.
      • SI se detecta un circuito abierto o un cortocircuito ENTONCES reemplace el cable del codificador.
    2. Análisis de señales del codificador con un osciloscopio:
      • Conectar el osciloscopio a las salidas A, B, Z del codificador (señales diferenciales, si las hubiera).
      • Mueva el eje manualmente o a baja velocidad.
      • SI las señales de cuadratura (A y B) no tienen un cambio de fase de 90° ± 10° o tienen una amplitud desigual (más del 10 % del valor nominal) ENTONCES codificador defectuoso o regla sucia.
      • SI falta la señal Z (marca de referencia) o es inestable ENTONCES codificador defectuoso o regla sucia.
      • SI las señales tienen ruido o distorsión significativa, ENTONCES verifique el blindaje del cable y la conexión a tierra del sistema.
      • Ejemplo de valores de umbral: para codificadores TTL, la amplitud de las señales debe estar en el rango de 4,5 a 5,5 V. Para sinusoides: 0,5 a 1,2 V pico-pico.
    3. Compruebe si hay contaminación o daños en la línea del codificador:
      • PRECAUCIÓN: ¡Apague la fuente de alimentación del CNC!
      • Inspeccione la regla óptica o la cinta magnética del codificador en busca de suciedad, polvo, grasa y rayones.
      • Limpie cuidadosamente la regla con un agente especial para óptica (sin abrasivos) o alcohol isopropílico.
      • SI la regla está dañada (rayones profundos, astillas) ENTONCES reemplace la regla o el codificador.
    4. Comprobación del desplazamiento del codificador/regla de escala:
      • Compruebe la fiabilidad de la conexión del cabezal de lectura del codificador y la propia regla.
      • Verifique el espacio recomendado entre el cabezal de lectura y la regla (generalmente 0,1 - 0,2 mm). Ajuste según sea necesario.
  4. Diagnóstico de compensación térmica (compensación térmica):
    1. Monitoreo de temperatura:
      • Utilice una cámara termográfica para controlar la temperatura del cabezal, la base, los cojinetes y los motores durante el funcionamiento de la máquina.
      • Compare la temperatura con los valores nominales o con las temperaturas de nodos de trabajo similares.
      • SI la temperatura del SHP en la parte central difiere de la de los bordes en más de 5 °C después de 30 minutos de funcionamiento ENTONCES probable deformación térmica.
    2. Comprobación de los sensores de temperatura:
      • ATENCIÓN: ¡Apague la alimentación de la PDA!
      • Verifique la resistencia de los termistores o termopares, si están instalados en el SVP u otros componentes. Compare con los datos de la tabla o las lecturas de un sensor en funcionamiento.
      • Verifique la integridad del cableado a los sensores de temperatura.
    3. Configuración de los parámetros del CPC:
      • Compruebe si la función de compensación térmica está activada en los parámetros del CPC.
      • Verificar los parámetros de compensación (coeficientes de expansión, puntos de medición). Si es necesario, consulte la documentación del fabricante de la máquina.
  5. Diagnóstico de ajuste del servo:
    1. Análisis de errores del servo:
      • Utilice un software de diagnóstico del servo (como DriveMonitor) para leer el registro de errores y los parámetros del servo.
      • Preste atención a los errores de posicionamiento, errores de corriente y errores de velocidad.
    2. Verificación de parámetros de ganancia:
      • Verifique los valores de ganancia proporcional (P), integral (I) y diferencial (D) (controlador PID) para el eje correspondiente.
      • SI los valores son muy diferentes de la configuración de fábrica o de la configuración de otros ejes en buen estado ENTONCES probablemente, el servo no funciona.
      • Autotuning del servo, si es posible, siguiendo las instrucciones del fabricante.
    3. Monitoreo de la señal del servo con un osciloscopio:
      • Conecte el osciloscopio a la corriente de salida del servoamplificador y monitoree la forma de onda durante el movimiento del eje.
      • SI la forma de onda de corriente tiene oscilaciones, sobrepasos significativos o la corriente de reposo es significativamente mayor que la nominal ENTONCES el servo necesita ajuste o hay un problema mecánico (frotamiento, alta fricción).
    4. Vibraciones mecánicas:
      • Utilizando un analizador de vibraciones, mida las vibraciones en el motor, el embrague y la caja de cambios.
      • SI a ciertas frecuencias del movimiento del eje hay vibraciones significativas (> 3 mm/s RMS) que resuenan con las frecuencias del servo ENTONCES la configuración del servo puede entrar en conflicto con la resonancia mecánica del sistema.

6. Matriz de averías y causas.

Síntoma Causas probables (en orden de probabilidad descendente) prueba diagnóstica Resultado esperado al confirmar la causa.
Inexactitud del posicionamiento, especialmente al cambiar la dirección del movimiento (siempre mayor cuando se mueve en una dirección) Juego del SHP (desgaste de tuercas, cojinetes); Debilitamiento del embrague servomotor-SHV; Desplazamiento de los soportes del SHVP. Medición de holgura con indicador; Comprobación del juego del embrague; Comprobación del desplazamiento axial de los soportes SHVP. Las lecturas del indicador cambian >0,02 mm al cambiar de dirección; El acoplamiento tiene un juego visible o una fijación floja; Desplazamiento axial de los soportes SHVP >0,005 mm.
Posicionamiento inestable, errores de posicionamiento periódicos, "sacudidas" del eje Contaminación/daño de la regla/cabezal del codificador; Cable del codificador defectuoso; Codificador defectuoso; Interferencia electromagnética. Inspección visual de la regla/cabeza; Análisis de señales de codificador con osciloscopio; Comprobación de la integridad del cable; Verificación de puesta a tierra. Suciedad, rayones en la regla; Señales de codificador distorsionadas, ruidosas o faltantes; Rotura de cable/cortocircuito; Mala conexión a tierra de la pantalla.
El error de posicionamiento aumenta con el tiempo de funcionamiento de la máquina o después del calentamiento. Deformación térmica de SHVP/cama; Mal funcionamiento del sistema de compensación térmica; Sobrecalentamiento de componentes. Monitoreo de temperatura con cámara termográfica; Comprobación de sensores de temperatura; Comprobación de los parámetros del CPK. Una diferencia de temperatura significativa del PCH a lo largo de su longitud (>5°C); Lecturas incorrectas del sensor; Compensación térmica inactiva o mal configurada.
Oscilaciones del eje en posición estática, respuestas lentas o imprecisas a los comandos, aumento del ruido del motor. Configuración de servo incorrecta (ganancia P, I, D); Resonancia mecánica; Servomotor/accionamiento defectuoso. Diagnóstico de software servo (registro de errores, parámetros); Análisis de corriente del motor con osciloscopio; Análisis de vibraciones. Altos errores de posicionamiento en el cargador; Oscilaciones de corriente del motor; Picos de resonancia de vibración en frecuencias cercanas a las frecuencias de los servos; Valores P, I, D incorrectos.
Inexactitud general a lo largo de todo el eje, "caída" de marcas Problemas al colocar la regla/codificador; Espacio incorrecto entre cabeza y regla. Inspección visual, control de sujeción; Midiendo la brecha con una galga de espesores. La regla se tambalea, los tornillos están flojos; El espacio libre está fuera de las especificaciones (por ejemplo, >0,25 mm o <0,05 mm).

7. Análisis de causa raíz de cada mal funcionamiento

7.1. Juego del husillo de bolas (juego del husillo de bolas)

7.1.1. Desgaste de la tuerca del tornillo:

  • POR QUÉ: El motivo más común. El desgaste se produce como resultado de la fricción de las bolas contra las pistas de rodadura de la tuerca y el eje del SHV. Acelera con lubricación insuficiente, sobrecarga o presencia de partículas abrasivas. El desgaste de la tuerca provoca un aumento del espacio entre las bolas y las orugas, lo que se manifiesta como un juego.
  • CÓMO CONFIRMAR: Medición del juego del SHP mediante un interferómetro láser (según ISO 230-2) o un indicador tipo reloj. Moviendo el eje de la máquina manualmente con el motor desconectado: se sentirá un movimiento libre considerable.
  • DAÑO SI NO SE QUITA: Posicionamiento impreciso, conicidad y falta de redondez de las piezas. Mayor vibración, que acelera el desgaste de otros componentes mecánicos (cojinetes, guías lineales). Daños en la herramienta y en la máquina debido a cargas dinámicas excesivas.

7.1.2. Desgaste o daño de los rodamientos del SHVP:

  • POR QUÉ: Los rodamientos de empuje esféricos (normalmente de empuje radial) garantizan rigidez y precisión del posicionamiento axial. Su desgaste, una precarga inadecuada o daños (por ejemplo, por golpes) provocan un juego axial de las SHV y una desviación radial transmitida al eje.
  • CÓMO CONFIRMAR: Medición del desplazamiento axial de los soportes del SHVP con un indicador. Análisis de vibraciones de rodamientos. Es posible que se sienta fricción o un ruido característico al girar la válvula con la mano.
  • DAÑO SI NO SE REPARA: Posicionamiento inestable, vibración, aumento de ruido, sobrecalentamiento de los rodamientos, que pueden provocar la destrucción del soporte y del SHV.

7.1.3. Debilitamiento del embrague servomotor-SHV:

  • POR QUÉ: El embrague transmite el par del servomotor al servomotor. Su debilitamiento, el desgaste de los elementos amortiguadores o de las estrías provoca la pérdida de sincronización entre la rotación del motor y el movimiento del eje, generando juego.
  • CÓMO CONFIRMAR: Inspeccione visualmente el acoplamiento para detectar holgura cuando intente girarlo con la mano. Comprobando el apriete de los tornillos de fijación.
  • DAÑO SI NO SE REPARA: Errores de posicionamiento que ocurren aleatoriamente o con cambios rápidos de dirección. Carga excesiva sobre el servomotor y el servomotor, lo que puede provocar su desgaste prematuro.

7.2. Problemas de retroalimentación del codificador

7.2.1. Contaminación o daño a la regla/cabezal del codificador:

  • POR QUÉ: El polvo, la grasa, el refrigerante o las virutas de metal que caen sobre la regla óptica o la cinta magnética impiden la lectura correcta. Los rayones o daños mecánicos en la regla/cabezal también distorsionarán la señal.
  • CÓMO CONFIRMAR: Inspección visual de la regla y el cabezal del codificador. Análisis de señales con un osciloscopio: es posible que falten señales, que estén distorsionadas o que la marca Z "desaparezca".
  • DAÑO SI NO SE REPARA: Errores de posicionamiento caóticos, imposibilidad de salir al punto de referencia, mal funcionamiento del CNC, movimiento de ejes con "tirones". Puede causar colisión y daños a la herramienta y a la máquina.

7.2.2. Cable del codificador defectuoso o mal contacto:

  • POR QUÉ: Los cables tendidos en canales de cable son propensos a sufrir desgaste mecánico y torceduras. Una rotura de conductor, un cortocircuito entre los conductores o hacia "tierra" o una oxidación de los contactos provocan pérdidas o distorsiones de las señales.
  • CÓMO CONFIRMAR: Comprobando la integridad del cable con un multímetro (resistencia, aislamiento). Análisis de señales con un osciloscopio: las señales pueden ser de baja amplitud, muy ruidosas o completamente ausentes.
  • DAÑO SI NO SE REPARA: Pérdida de control del eje, movimientos incontrolados, alarmas del CNC (por ejemplo, "error del codificador"). Alto riesgo de colisión y daño accidental al equipo.

7.2.3. Fallo del propio codificador:

  • POR QUÉ: Los componentes electrónicos internos del codificador (elementos ópticos, fotorreceptores, microcircuitos) pueden fallar debido al envejecimiento, sobrecalentamiento, caídas de voltaje, vibraciones o golpes mecánicos.
  • CÓMO CONFIRMAR: Después de excluir otras causas (cable, regla), el mal funcionamiento del codificador se confirma por la ausencia o señales de salida incorrectas al encender y mover.
  • DAÑO SI NO SE REPARA: Pérdida total de retroalimentación del eje, lo que provoca la parada de la máquina.

7.3. Problemas de compensación térmica.

7.3.1. Deformación térmica del SHVP o armazón de la cama:

  • POR QUÉ: El calentamiento del SHP durante el funcionamiento (debido a la fricción) provoca su expansión térmica. Si la máquina no tiene un sistema de refrigeración eficaz del SHP o una compensación térmica activada, la expansión provoca un cambio en la posición real con respecto al punto de ajuste. La cama también puede calentarse provocando deformaciones.
  • CÓMO CONFIRMAR: Medición de la temperatura del SHP con cámara termográfica o termómetros de contacto. Detección de la discrepancia entre la posición especificada y la real, que aumenta con el tiempo de funcionamiento de la máquina. Medición de la precisión lineal con un interferómetro láser después de "calentar" la máquina.
  • DAÑO SI NO SE REPARA: Errores en las dimensiones de las piezas que cambian durante un turno de trabajo. Reducción de la precisión y calidad del procesamiento.

7.3.2. Mal funcionamiento de los sensores de temperatura o del sistema de refrigeración:

  • POR QUÉ: Si la máquina está equipada con sensores de temperatura para compensación, su mal funcionamiento (rotura, cortocircuito, falla) genera datos incorrectos para el CNC. Un mal funcionamiento de la bomba o la contaminación de los filtros del sistema de refrigeración del SHP provoca su sobrecalentamiento.
  • CÓMO CONFIRMAR: Comprobación de las lecturas de los sensores de temperatura en el sistema de diagnóstico CHPC. Comprobación de la integridad del cableado del sensor. Comprobación del rendimiento del sistema de refrigeración (flujo de fluido, presión).
  • DAÑO SI NO SE QUITA: Igual que para la deformación por calor. Además, el sobrecalentamiento puede acelerar el desgaste del vástago de la válvula y de los cojinetes.

7.4. Problemas de configuración del servo

7.4.1. Configuración incorrecta de los parámetros del controlador PID:

  • POR QUÉ: Los parámetros de ganancia del servo (P, I, D) determinan la respuesta del sistema a las señales de control y las perturbaciones. Los valores incorrectos (como una ganancia P demasiado alta o una ganancia I demasiado baja) pueden provocar oscilaciones, sobreimpulsos, respuestas lentas o un mantenimiento de posición inexacto.
  • CÓMO CONFIRMAR: Análisis de los oscilogramas de movimiento y corriente del motor mediante software de servodiagnóstico. Observar la respuesta del eje al comando de movimiento (hay oscilación, reajuste).
  • DAÑO SI NO SE QUITA: Movimiento desigual del eje, vibración, sobrecalentamiento del motor, reducción de la precisión del procesamiento, desgaste rápido de los componentes mecánicos debido al aumento de cargas dinámicas.

7.4.2. Resonancia mecánica:

  • POR QUÉ: Cada sistema mecánico tiene sus propias frecuencias de resonancia. Si las frecuencias del servo (especialmente con una sintonización incorrecta) coinciden con estas frecuencias resonantes, se producen vibraciones significativas que degradan la precisión del posicionamiento.
  • CÓMO CONFIRMAR: Análisis de vibración de frecuencia mediante un analizador de vibraciones. Detección de picos de vibración en frecuencias que coinciden con las frecuencias de funcionamiento del servoaccionamiento.
  • DAÑO SI NO SE REPARA: Vibración excesiva que provoca un desgaste rápido de los rodamientos, sellos mecánicos, aflojamiento de los sujetadores y una degradación significativa de las superficies mecanizadas.

8. Procedimientos de solución de problemas paso a paso

8.1. Eliminación de la reacción del SHP.

  1. Reemplazo de la tuerca del interruptor:
    1. SEGURIDAD: realice el procedimiento LOTO.
    2. Desconectar la tuerca del tornillo de la parte móvil del eje.
    3. Retire la tuerca del eje de la TDF (es posible que se requiera un dispositivo especial para evitar que las bolas se deshagan).
    4. Instale una nueva tuerca del vástago de la válvula siguiendo las instrucciones del fabricante. Asegúrese de que la orientación sea correcta.
    5. Fije la tuerca a la parte móvil con el par de apriete recomendado (por ejemplo, 80-120 Nm para M10).
    6. COMPROBAR: Repita la medición del juego con un indicador o un interferómetro láser. Juego permitido <0,01 mm.
  2. Reemplazo o ajuste de los rodamientos del soporte SHV:
    1. SEGURIDAD: Realizar el procedimiento LOTO.
    2. Desmontar los soportes del SHVP.
    3. Reemplace los cojinetes por otros nuevos (generalmente un juego de cojinetes de empuje radiales con precarga). Utilice una herramienta especial para la instalación.
    4. Instale los soportes en su lugar, observando el par de apriete recomendado de los pernos de fijación.
    5. COMPROBAR: Mida el desplazamiento axial de los soportes SHVP con un indicador. Debe ser <0,003 mm. Realizar un análisis de vibraciones.
  3. Apriete o reemplazo del acoplamiento servomotor-SHV:
    1. SEGURIDAD: Realizar el procedimiento LOTO.
    2. Comprobar el apriete de los tornillos del embrague. Apriete al par recomendado por el fabricante (por ejemplo, 15-25 Nm para acoplamientos montados en eje).
    3. Si el acoplamiento está desgastado o dañado, reemplácelo por uno nuevo.
    4. COMPROBAR: Control visual de la ausencia de juego. Marcha de prueba del eje a bajas velocidades.

8.2. Solución de problemas de retroalimentación del codificador

  1. Limpieza de la regla y el cabezal codificador:
    1. SEGURIDAD: realice el procedimiento LOTO.
    2. Limpie cuidadosamente la regla y los elementos ópticos del cabezal del codificador con un paño suave y sin pelusa humedecido con alcohol isopropílico o un agente especial para óptica. ¡No utilice materiales abrasivos!
    3. COMPROBAR: Después de la limpieza, analice las señales con un osciloscopio. Las señales deben ser limpias, libres de ruido y con fase y amplitud correctas.
  2. Reemplazo del cable del codificador:
    1. SEGURIDAD: realice el procedimiento LOTO.
    2. Desconecte el cable viejo. Tienda un cable nuevo, siguiendo la ruta original y los radios de curvatura. Evite tensiones y daños mecánicos.
    3. Conecte el nuevo cable, asegurándose de que cada conductor esté correctamente conectado (pin a pin).
    4. COMPROBAR: Verifique la integridad del nuevo cable con un multímetro. Analizar señales de codificador con un osciloscopio.
  3. Reemplazo del codificador:
    1. SEGURIDAD: realice el procedimiento LOTO.
    2. Desmontar el codificador defectuoso.
    3. Instale el nuevo codificador, asegurando la alineación adecuada y el espacio recomendado entre el cabezal y la regla (normalmente 0,1 – 0,2 mm).
    4. Fije el codificador con el par recomendado.
    5. COMPROBAR: Después de la instalación, analice las señales con un osciloscopio. Realice el procedimiento para configurar el punto de referencia (Punto Cero) del CPC.

8.3. Eliminación de problemas de compensación térmica.

  1. Comprobación y activación de la compensación térmica en el CPC:
    1. Ingrese los parámetros del CPC. Verificar el estado de la función de compensación térmica (ON/OFF). Si está deshabilitado, actívelo.
    2. Verifique los parámetros de compensación (por ejemplo, los coeficientes de expansión de temperatura para un SHVP específico). Si es necesario, ajuste según la documentación del fabricante de la máquina herramienta o con un interferómetro láser después de medir la deformación.
    3. COMPROBAR: Después de realizar cambios, caliente la máquina y mida la precisión del posicionamiento mediante un interferómetro láser.
  2. Diagnóstico y reparación del sistema de refrigeración SHP:
    1. SEGURIDAD: realice el procedimiento LOTO.
    2. Comprobar el nivel de refrigerante, el estado de la bomba, filtros e intercambiador de calor.
    3. Limpie los filtros, reemplace el líquido, repare o reemplace la bomba/intercambiador de calor según sea necesario.
    4. COMPROBAR: Monitoreo de la temperatura del intercambiador de calor con una cámara termográfica o sensores integrados. La temperatura no debe exceder los valores nominales (por ejemplo, +5°C de la temperatura ambiente) después de una hora de funcionamiento.

8.4. Configuraciones de servos

  1. Ejecutando el autoajuste del servo:
    1. Inicie el software de diagnóstico del servo (por ejemplo, Servus, DriveMonitor).
    2. Seleccione la función de autoajuste. Siga las instrucciones del fabricante del software y del servo. La máquina realizará movimientos de prueba durante el ajuste automático.
    3. COMPROBAR: Después del ajuste automático, verifique los parámetros de ganancia. Prueba de arranque del eje, observando el movimiento y la ausencia de oscilaciones.
  2. Ajuste manual de los parámetros del controlador PID:
    1. Si el ajuste automático no dio resultados o no está disponible, realice el ajuste manual.
    2. Ajuste secuencialmente los parámetros de ganancia P, I, D, comenzando con P. Aumente P hasta el momento de las oscilaciones, luego disminuya un poco. A continuación, ajuste I y D para optimizar la respuesta y eliminar el error estático.
    3. COMPROBAR: Utilice la función de osciloscopio en el software de servodiagnóstico para monitorear el error de posicionamiento y la corriente del motor. El movimiento debe ser suave, sin ajustes ni oscilaciones.
  3. Identificar y eliminar fuentes de resonancia mecánica:
    1. Utilizando un analizador de vibraciones, identifique los componentes que vibran a frecuencias resonantes.
    2. Comprobar la rigidez de la fijación de los motores, los soportes del SHVP y las guías lineales. Apriete todos los sujetadores aflojados.
    3. Si la vibración se debe a un desequilibrio, equilibre las piezas giratorias (por ejemplo, el volante del motor).
    4. VERIFICAR: Reanálisis de vibración. El nivel de vibración debe estar dentro de los límites normales (normalmente < 2,8 mm/s RMS para máquinas nuevas, < 4,5 mm/s RMS para máquinas desgastadas).

9. Medidas preventivas

La causa raíz Estrategia de prevención Método de seguimiento Intervalo recomendado
Desgaste de la tuerca y los rodamientos SHP. Lubricación periódica de la válvula y rodamientos según las instrucciones del fabricante (ISO 100). Uso de lubricante de alta calidad. Protección contra la contaminación (fundas protectoras reparables). Medición del juego con un indicador; Análisis de vibraciones de rodamientos; Monitoreo del consumo de corriente del servomotor. Mensual (contragolpe); Anualmente (vibración); Semanal (lubricación).
Contaminación/daños del codificador Limpieza periódica de la regla y el cabezal del codificador. Comprobación de la integridad de las cubiertas protectoras. Inspección visual de la regla y la cabeza; Análisis de señales de codificador con osciloscopio (previsto). Mensual (inspección/limpieza); Anualmente (análisis de señales).
Deformación térmica Garantizar una temperatura estable en el taller. Activación y correcta configuración de la función de compensación térmica del CHPC. Mantenimiento del sistema de refrigeración SHVP. Monitoreo de la temperatura del SHP con cámara termográfica; Comprobación de la eficiencia del sistema de refrigeración. Trimestral (termografía); Anualmente (mantenimiento del sistema de refrigeración).
Degradación del servo/configuración incorrecta Autoajuste planificado de servoaccionamientos. Control regular de los componentes mecánicos para evitar resonancias. Análisis de servoparámetros mediante software de diagnóstico; Análisis de vibraciones de motores y SHV. Anualmente (autoajuste); Anualmente (análisis de vibraciones).
Problemas de cables Inspección periódica de los conductos de cables para comprobar el desgaste de los cables y su recorrido adecuado. Inspección visual de cables; Comprobación de la resistencia y aislamiento de cables con multímetro (previsto). Trimestral (inspección visual); Una vez cada 2 años (mediciones eléctricas).

10. Repuestos y componentes

Descripción de la pieza Especificación cuando reemplazar Categoría UNITEC
nuez shvp Según el modelo SHVP (por ejemplo, THK BNK, NSK BSS). Clase de precisión C3/C5. Con juego >0,02 mm o desgaste importante. Transmisión de movimiento
Cojinetes de soporte ShVP Resistencia radial (por ejemplo, NSK serie 7000). Clase de precisión P4/P5. Con desplazamiento axial >0,005 mm, ruido, sobrecalentamiento o vibración >4,5 mm/s. Rodamientos
Servomotor de embrague-SHVP Acoplamiento flexible (p. ej. KTR ROTEX, R+W). Diámetro del eje y par transmitido. En caso de juego visible, desgaste de los amortiguadores o daños. Acoplamientos y accionamientos
Codificador lineal Según el modelo de máquina (p. ej. HEIDENHAIN LC, FANUC Alpha i). Longitud de medición, tipo de señal. En caso de distorsión/ausencia de señales, imposibilidad de limpieza de daños. Sensores y automatización.
Cable codificador Cable flexible y apantallado para canales de cables. Número de núcleos, tipo de conector. En caso de circuito abierto, cortocircuito o daño al aislamiento. Cables y conectores
servomotor Modelo, potencia, momento. En caso de avería, imposibilidad de ajuste, sobrecalentamiento constante. Servoaccionamientos
Servoaccionamiento (controlador) Modelo, corriente nominal. En caso de avería, errores constantes, imposibilidad de controlar el motor. Servoaccionamientos

Para solicitar repuestos y componentes de calidad de los principales fabricantes, visite nuestro catálogo electrónico de Unitec.

11. Enlaces

  • DSTU EN 1037: Seguridad de las máquinas. Prevención de arranque inesperado.
  • ISO 14118: Seguridad de la maquinaria. Prevención de arranque inesperado.
  • ISO 230-2: Métodos de ensayo para máquinas herramienta. Parte 2: Determinación de la precisión de posicionamiento y repetibilidad de máquinas CNC.
  • ISO 10816: Vibración mecánica. Evaluación de vibraciones de máquinas mediante mediciones en piezas no giratorias.
  • Manuales de operación y mantenimiento de fabricantes de máquinas herramienta (p. ej. DMG MORI, MAZAK, OKUMA).
  • Documentación para servosistemas (p. ej. FANUC, Siemens, Bosch Rexroth).

Related Articles