Dispositivos de Sujeción Avanzados: Medición y Monitoreo en Tiempo Real para Mecanizado de Precisión

La conectividad y la recopilación de datos se han convertido en temas generales en el mecanizado y la fabricación. Los OEMs de herramientas de máquina y proveedores de accesorios continúan construyendo capacidades de retroalimentación/monitoreo automáticas en sus equipos para permitir a los talleres tener mayor control sobre sus procesos de planta. Por ejemplo, Hainbuch America Corp. está proporcionando capacidades inteligentes en sus mandriles y mandriles TopPlus IQ. Estos dispositivos de sujeción inteligentes están integrados con sensores que incluyen capacidades de medición de piezas y monitoreo de parámetros de sujeción. Están diseñados para mejorar el flujo de trabajo reduciendo los tiempos de procedimiento de medición y disminuyendo el desperdicio mientras transmiten datos al controlador de la máquina para análisis y ajustes de proceso.

Como los otros productos de sujeción de la empresa, la tecnología IQ fue creada basada en la entrada del cliente para determinar cómo diseñar mejor los dispositivos. "Tenemos que asegurarnos de mantener la integridad de nuestro producto así como adaptarlo para el crecimiento futuro", dice el ingeniero de aplicaciones de Hainbuch, Jim McCraw. "El sistema de mandril/mandril IQ está dando ese paso adelante basado en la retroalimentación del cliente, incluyendo dónde colocamos los sensores y qué tipos de datos intentamos capturar".

Añade que con la ayuda de los clientes, el departamento de I+D de la empresa puede probar los mandriles/mandriles a medida que los desarrollan mientras dejan espacio para el crecimiento futuro del producto.

Medición y Monitoreo Automáticos

Es un hecho que los talleres de mecanizado están constantemente curiosos sobre qué está pasando dentro de un mandril o dispositivo de sujeción y cómo afecta el resultado de la pieza, según McCraw. Por lo tanto, las capacidades automáticas de medición y monitoreo de los mandriles y mandriles IQ son un avance natural en la línea de productos de sujeción de la empresa.

El mandril IQ puede usarse para medir el diámetro de la pieza terminada. Estos datos se procesan en el controlador o en la computadora maestra y también se muestran en un anillo LED en el mandril. Crédito de foto: Hainbuch America Corp.

Tradicionalmente, los operadores de máquinas necesitaban prestar mucha atención a características del proceso como temperatura, presiones de sujeción, rigidez y vibración del dispositivo de sujeción y pieza, y documentar sus hallazgos para uso futuro, explica McCraw. Reconociendo que el error humano potencial y depender de la experiencia de un operador podría ser problemático, los ingenieros de Hainbuch diseñaron los dispositivos de sujeción IQ para capturar automáticamente —y con mayor precisión— estos datos y transmitirlos a una base de datos.

"De esta manera, un operador no tiene que intentar digerir qué está pasando dentro de la máquina y luego tomar decisiones sobre cómo arreglarlo mejor", dice McCraw. Con la tecnología IQ, los aspectos críticos del proceso de sujeción se programan en el dispositivo y luego produce información precisa que se reporta al control de la máquina.

Las posibilidades de medición y monitoreo de los dispositivos de sujeción TopPlus IQ incluyen:

• Sujeción y medición en un solo paso, sin usar una máquina de medición independiente. Esta característica puede detectar si se produjo el diámetro correcto en el mecanizado anterior.
• Detección del contacto de la pieza a través de sensores en el cuerpo básico y a través del contacto de soporte de tres puntos en el tope final de la pieza. Los sensores pueden potencialmente detectar virutas en el tope final de la pieza sin control complejo de detección de aire con unidad rotativa y tuberías.
• Medición de la temperatura del dispositivo de sujeción. Esta capacidad puede detectar un cambio gradual de temperatura causado por el proceso de mecanizado.
• Medición de las RPM del dispositivo de sujeción. Conocer la velocidad puede ser ideal para monitoreo de condición para la preparación de diagramas de análisis basados en RPM, detectando pérdidas de inercia.
• Monitoreo continuo de la fuerza de sujeción directamente en la pieza. La desviación de un valor de fuerza de sujeción calibrado se determina de esta manera, pero no proporciona una medición absoluta. El monitoreo puede detectar si la fuerza de sujeción de la unidad hidráulica/cilindro de sujeción es adecuada para la pieza. Además, el análisis de los datos de medición de fuerza de sujeción permite fabricación de proceso confiable y es un componente importante de mantenimiento según sea necesario.

Aunque toda esta información es posible de recopilar, muchos talleres de mecanizado eligen solo reunir cierta información que sienten es más útil para sus aplicaciones. Este proceso es una transmisión sin contacto de datos y energía entre el dispositivo de sujeción rotativo y el estator fijo en el cabezal.

Hay tres formas en que los dispositivos de sujeción IQ pueden usarse para medición/monitoreo: 1) en la máquina; 2) al manipular la pieza, y 3) en una estación de medición. Crédito de foto: Hainbuch America Corp.

Distribución de Datos

El taller de mecanizado puede determinar qué datos recopilar de la tecnología IQ y qué hacer con esos datos, manual o automáticamente. Por ejemplo, una opción es que el mandril/mandril IQ muestre cierta información en una interfaz gráfica de usuario o pantalla, que son los datos enviados directamente desde los sensores al operador para que responda. O el sistema de sujeción IQ puede programarse para que los datos retroalimenten al control de la máquina y, en respuesta, la herramienta de máquina puede hacer ajustes basados en puntos de referencia o incluso implementar herramientas de respaldo si se cumplen puntos de desgaste. El cliente trabaja con el fabricante de la máquina para que puedan configurar el camino deseado —o respuestas— activados a través del control de la máquina.

"Algunos talleres quieren el proceso lo más automatizado y remoto posible", explica McCraw. "Depende de qué tan crítico sea el proceso y cuánta interfaz quieran que tengan los operadores".

Además, los talleres de mecanizado deben considerar el tipo de bucle de conectividad en el que eligen estar inmersos para el sistema, según McCraw. Las empresas no solo pueden enviar datos y compartirlos, sino también recibir información compartida.

El mandril IQ puede usarse en la máquina para medir diámetro de pieza, temperatura, RPM, contacto de pieza y fuerza de sujeción de pieza. Los datos se procesan en el controlador o en la computadora maestra y se muestran en el panel de la máquina. Crédito de foto: Hainbuch America Corp.

Los datos recopilados por la tecnología IQ pueden mantenerse dentro de la empresa, dentro de una familia de empresas, o pueden compartirse con redes elegidas. El intercambio de datos y la privacidad de la información deben considerarse y monitorearse cuidadosamente dentro del sistema.

El tipo de bucle de conectividad elegido determina cómo funciona la transmisión de datos. Sin embargo, en general, los sensores IQ envían información con un sistema Fieldbus directamente a un controlador de máquina o a una interfaz gráfica de usuario. Los datos también pueden ir a una red de fábrica en un sistema central que puede usar esos datos junto con otros datos enviados por otros centros de trabajo de fábrica para orquestar digitalmente los procesos y la salida general de las fábricas. Este sistema de control central puede luego interactuar con proveedores y recursos externos para usar sus datos para ayudar a hacer ajustes a sus operaciones internas.

"Aquí es donde la puerta de enlace puede expandirse al Internet de las Cosas y ya sea compartir estos datos con recursos remotos o tomar datos compartidos pertinentes de otras fuentes", dice McCraw.

El Rol del Operador

Aunque el sistema de mandril/mandril IQ se considera automático, el sistema es enseñado qué hacer por el operador y, por lo tanto, no es un dispositivo completamente manos libres.

Este mandril IQ es para medir el taladro de la pieza terminada. El procesamiento de datos ocurre en el controlador o en la computadora maestra y puede emitirse a través de una pantalla en la estación de medición. Crédito de foto: Hainbuch America Corp.

Además, dependiendo de la aplicación particular, la entrada humana puede ser muy beneficiosa. Por ejemplo, un operador debe reconocer cuando cierta tecnología no está funcionando correctamente e intervenir cuando sea necesario.

En la mayoría de estos sistemas automatizados, los clientes buscan control de un proceso y tienen reacciones consistentes a síntomas que necesitan atención. "Así que, si están respondiendo manualmente a un síntoma que les ha sido retroalimentado por un sensor, el efecto final de la tecnología IQ va a ser solo tan confiable como ese operador lo sea corrigiendo el problema", explica McCraw. Pero, con compensación automática dentro del controlador de la máquina, las máquinas siempre toman decisiones basadas en hechos que se han programado en ellas. Tanto como la tecnología confía en nosotros, nosotros debemos confiar en la tecnología. Somos dependientes de la precisión del otro, añade.

Un Poco de Automatización a la Vez

La tecnología de sujeción TopPlus IQ de Hainbuch permite a los talleres integrar procesos automatizados como se describe gradualmente. Uno o dos sensores, mandriles o estaciones de medición a la vez pueden integrarse en una herramienta de máquina para que la automatización no tenga que suceder de una vez.

"Creo que cuanto más gente se dé cuenta de los beneficios de implementar la automatización a pequeña escala, más fácil es justificarla con inversiones mayores", explica McCraw.

Los beneficios de estos dispositivos de sujeción inteligentes son claros, especialmente para aplicaciones de alta producción. Los mandriles y mandriles IQ automáticos aumentan la productividad de la máquina y la capacidad del proceso, aseguran un programa de mantenimiento necesario, monitorean fuerzas de sujeción definidas y documentan los resultados para replicar proyectos repetidos.

Hainbuch America Corp. | hainbuchamerica.com