Dispositivos Avançados de Fixação: Medição e Monitoramento em Tempo Real para Usinagem de Precisão

Conectividade e coleta de dados tornaram-se temas abrangentes em usinagem e manufatura. OEMs de máquinas-ferramenta e fornecedores de acessórios continuam a construir capacidades automáticas de feedback/monitoramento em seus equipamentos para permitir que as oficinas tenham maior controle sobre seus processos de chão de fábrica. Por exemplo, a Hainbuch America Corp. está fornecendo capacidades inteligentes em seus mandris e mandris de expansão TopPlus IQ. Esses dispositivos de fixação inteligentes são integrados com sensores que incluem medição de peça e capacidades de monitoramento de parâmetros de fixação. Eles são projetados para melhorar o fluxo de trabalho reduzindo tempos de procedimento de medição e diminuindo sucata enquanto transmitem dados ao controlador da máquina para análise e ajustes de processo.

Como os outros produtos de fixação da empresa, a tecnologia IQ foi criada com base na entrada do cliente para determinar como melhor projetar os dispositivos. "Temos que ter certeza de manter a integridade do nosso produto, bem como adaptá-lo para crescimento futuro", diz o engenheiro de aplicações da Hainbuch, Jim McCraw. "O sistema de mandril/mandril de expansão IQ está dando esse passo adiante baseado no feedback do cliente, incluindo onde colocamos os sensores e que tipos de dados tentamos capturar."

Ele adiciona que, com a ajuda dos clientes, o departamento de P&D da empresa pode testar os mandris/mandris de expansão enquanto os desenvolvem, deixando espaço para crescimento futuro do produto.

Medição e Monitoramento Automáticos

É fato que oficinas de máquinas estão constantemente curiosas sobre o que está acontecendo dentro de um mandril ou dispositivo de fixação e como isso afeta o resultado da peça, segundo McCraw. Portanto, as capacidades automáticas de medição e monitoramento dos mandris e mandris de expansão IQ são um avanço natural na linha de produtos de fixação da empresa.

O mandril IQ pode ser usado para medir o diâmetro da peça finalizada. Esses dados são processados no controlador ou no computador mestre e também são mostrados em um anel LED no mandril. Crédito da foto: Hainbuch America Corp.

Tradicionalmente, operadores de máquina precisavam prestar atenção a características do processo como temperatura, pressões de fixação, rigidez e vibração do dispositivo de fixação e peça, e documentar suas descobertas para uso futuro, explica McCraw. Reconhecendo que erro humano potencial e confiar na experiência de um operador poderia ser problemático, engenheiros da Hainbuch projetaram os dispositivos de fixação IQ para capturar automaticamente — e mais precisamente — esses dados e transmiti-los a um banco de dados.

"Dessa forma, um operador não precisa tentar digerir o que está acontecendo dentro da máquina e então tomar decisões sobre como melhor corrigir", diz McCraw. Com a tecnologia IQ, os aspectos críticos do processo de fixação são programados no dispositivo e então ele produz informações precisas que são reportadas ao controle da máquina.

As possibilidades de medição e monitoramento dos dispositivos de fixação TopPlus IQ incluem:

• Fixação e medição em uma etapa, sem usar uma máquina de medição autônoma. Esta característica pode detectar se o diâmetro correto foi produzido na usinagem upstream.
• Detecção do contato da peça através de sensores no corpo básico e através do contato de apoio de três pontos da peça no batente final. Os sensores podem potencialmente detectar cavacos no batente final da peça sem controle complexo de detecção de ar com unidade rotativa e tubulação.
• Medição da temperatura do dispositivo de fixação. Esta capacidade pode detectar uma mudança gradual de temperatura causada pelo processo de usinagem.
• Medição dos RPMs do dispositivo de fixação. Conhecer a velocidade pode ser ideal para monitoramento de condição para preparação de diagramas de análise baseados em RPM, detectando perdas de inércia.
• Monitoramento contínuo da força de fixação diretamente na peça. Desvio de um valor de força de fixação calibrado é determinado desta forma, mas não fornece uma medição absoluta. O monitoramento pode detectar se a força de fixação da unidade hidráulica/cilindro de fixação é adequada para a peça. Além disso, a análise dos dados de medição da força de fixação permite manufatura de processo confiável e é um componente importante de manutenção conforme necessário.

Embora toda essa informação seja possível de coletar, muitas oficinas escolhem apenas reunir certas informações que sentem ser mais úteis para suas aplicações. Este processo é uma transmissão sem contato de dados e energia entre o dispositivo de fixação rotativo e o estator fixo no cabeçote.

Existem três maneiras de usar os dispositivos de fixação IQ para medição/monitoramento: 1) na máquina; 2) ao manusear a peça, e 3) em uma estação de medição. Crédito da foto: Hainbuch America Corp.

Distribuição de Dados

A oficina pode determinar quais dados coletar da tecnologia IQ e o que fazer com esses dados, manual ou automaticamente. Por exemplo, uma opção é o mandril/mandril de expansão IQ exibir certas informações em uma interface gráfica de usuário ou display, que são os dados enviados diretamente dos sensores para o operador responder. Ou o sistema de fixação IQ pode ser programado para que os dados alimentem de volta ao controle da máquina e, em resposta, a máquina-ferramenta possa fazer ajustes baseados em pontos definidos ou até implementar ferramentas de reserva se pontos de desgaste forem atingidos. O cliente trabalha com o construtor da máquina para configurar o caminho desejado — ou respostas — ativados através do controle da máquina.

"Algumas oficinas querem o processo o mais automatizado e remoto possível", explica McCraw. "Depende de quão crítico o processo é e quanta interface eles querem que os operadores tenham."

Também, as oficinas devem considerar o tipo de loop de conectividade no qual escolhem estar engajadas para o sistema, segundo McCraw. Empresas não só podem enviar dados e compartilhá-los, mas também receber informações compartilhadas.

O mandril IQ pode ser usado na máquina para medir diâmetro da peça, temperatura, RPM, contato da peça e força de fixação da peça. Os dados são processados no controlador ou no computador mestre e exibidos no painel da máquina. Crédito da foto: Hainbuch America Corp.

Dados coletados pela tecnologia IQ podem ser mantidos dentro da empresa, dentro de uma família de empresas, ou podem ser compartilhados com redes escolhidas. Compartilhamento de dados e privacidade de informações devem ser cuidadosamente considerados e monitorados dentro do sistema.

O tipo de loop de conectividade escolhido determina como a transmissão de dados funciona. No entanto, em geral, os sensores IQ enviam informações com um sistema Fieldbus diretamente para um controlador de máquina ou para uma interface gráfica de usuário. Os dados também podem ir para uma rede de fábrica em um sistema central que pode usar esses dados junto com outros dados enviados por outros centros de trabalho da fábrica para orquestrar digitalmente os processos e a saída geral das fábricas. Este sistema de controle central pode então ser interfaciado com fornecedores e recursos externos para usar seus dados para ajudar a fazer ajustes em suas operações internas.

"É aqui que o gateway pode se expandir para a Internet das Coisas e compartilhar esses dados com recursos remotos ou receber dados compartilhados pertinentes de outras fontes", diz McCraw.

O Papel do Operador

Embora o sistema de mandril/mandril de expansão IQ seja considerado automático, o sistema é ensinado o que fazer pelo operador e, portanto, não é um dispositivo completamente hands-off.

Este mandril de expansão IQ é para medir o furo da peça finalizada. O processamento de dados ocorre no controlador ou no computador mestre e pode ser exibido via display na estação de medição. Crédito da foto: Hainbuch America Corp.

dispositivo. Além disso, dependendo da aplicação particular, a entrada humana pode ser muito benéfica. Por exemplo, um operador deve reconhecer quando certa tecnologia não está operando corretamente e então intervir quando necessário.

Na maioria desses sistemas automatizados, os clientes buscam controle de um processo e têm reações consistentes a sintomas que precisam ser abordados. "Então, se eles estão respondendo manualmente a um sintoma que foi retroalimentado a eles por um sensor, o efeito final da tecnologia IQ vai ser apenas tão confiável quanto aquele operador é com a correção do problema", explica McCraw. Mas, com compensação automática dentro do controlador da máquina, as máquinas estão sempre tomando decisões baseadas em fatos que foram programados nelas. Tanto quanto a tecnologia confia em nós, devemos confiar na tecnologia. Somos dependentes da precisão um do outro, ele adiciona.

Um Pouco de Automação por Vez

A tecnologia de fixação TopPlus IQ da Hainbuch permite que as oficinas integrem processos automatizados como descrito gradualmente. Um ou dois sensores, mandris ou estações de medição por vez podem ser integrados em uma máquina-ferramenta para que a automação não precise acontecer de uma vez.

"Acho que quanto mais as pessoas perceberem os benefícios de implementar a automação em pequena escala, mais fácil será justificá-la com investimentos maiores", explica McCraw.

Os benefícios desses dispositivos de fixação inteligentes são claros, especialmente para aplicações de alta produção. Os mandris e mandris de expansão IQ automáticos aumentam a produtividade da máquina e a capacidade do processo, garantem um cronograma de manutenção necessário, monitoram forças de fixação definidas e documentam os resultados para replicar projetos repetidos.

Hainbuch America Corp. | hainbuchamerica.com