Scania – proteção automática de máquinas

Exemplo de diagnóstico de uma máquina-ferramenta

Na Scania são utilizadas numerosas máquinas-ferramentas. Como se passassem por manteiga” as fresas trabalham blocos de metal com rotações incríveis, ferramentas de torneamento geram eixos com precisão micrométrica e brocas fazem furos exatos. Todas as etapas de trabalho são executadas de modo totalmente automático por tornos fresadores controlados por computador. Em curto tempo estes criam, por exemplo, cabeçotes ou eixos para motores.

Para poder atender os altos requisitos de qualidade, as máquinas-ferramentas precisam usinar a peça sem erros ou falhas. Devido à alta velocidade de usinagem e grandes forças de processo, são necessários sistemas de diagnóstico de reação rápida, capazes de detectar imediatamente danos na ferramenta ou colisões durante a usinagem e parar o processo muito rapidamente, evitando danos à máquina e à peça. O diagnóstico permanente de vibrações provou ser o melhor método para a limitação ideal de danos.

Erro pequeno com efeito grande

As extraordinárias forças de processo passam despercebidas quando a fresa à rotação extrema parece estar passando sem dificuldade através do material. Mas, o esforço cria exigências enormes às ferramentas.

Apesar da mais alta qualidade do material, os usuários estão sujeitos a danos à ferramenta durante a usinagem. Até mesmo um pequeno defeito mecânico tem amplas consequências se ocorrer durante a usinagem. Por exemplo, a quebra de um dente da fresa pode danificar a peça em trabalho, inutilizando-a. Este dano pode ser caro ao trabalhar em peças complexas, por exemplo, um bloco de motor. Não é apenas o componente valioso que se torna inutilizável, mas a quantidade de peças necessárias deixa de ser atendida. Trata-se de um prejuízo sensível ao processo de fabricação.

Vibrações incomuns revelam erros na ferramenta

Por isso a Scania está equipando as suas máquinas-ferramentas com uma detecção de erros automática. O elemento central do sistema é um sensor de vibração altamente sensível e extremamente confiável da ifm electronic, empresa especialista em sensores.

“Monitoramos as vibrações nos fusos do motor para poder realizar a troca a tempo em caso de quebra. Além disso, o software de diagnóstico nos indica o estado dos fusos e a eventual necessidade de adaptação dos parâmetros de processo”, explica Robert Bergkvist.

Com ajuda dos dados do sensor é possível atingir a eficiência máxima do processo de fabricação sem criar perigosos estados críticos da máquina, por exemplo, devido a um avanço rápido demais das ferramentas de torneamento.

Isso é feito com o sensor de vibrações compacto VSA da ifm. O sensor está aparafusado firmemente aos invólucros do cabeçote do fuso. Ali é registrado continuamente o comportamento de vibrações durante o processo de usinagem. A sensibilidade é tão grande que o sensor de aceleração micromecânico detecta mesmo o leve desbalanceamento de um dente em quebra de uma fresa milimétrica, através do desbalanceamento resultante. Alterações nas forças de corte, por exemplo, devido a brocas cegas ou acúmulo de cavacos, são detectadas através do comportamento alterado das vibrações e comunicadas.

É possível atribuir vários limites individuais de tolerância a cada ferramenta, por exemplo, um limite de advertência e um limite de desligamento. No caso deste último, o fuso da ferramenta em rotação é parado através do comando “Parada de avanço do fuso”, para permitir o movimento de saída. Isso evita danos à peça de maneira confiável.

Detecção de colisão

Outra função do monitoramento de vibrações é a detecção de colisão. Na produção em série o processo completo de fresagem, torneamento e furação é testado geralmente por meio de simulação. As colisões entre ferramenta e peça causadas no processo são detectadas de forma segura e levadas em consideração na programação. Entretanto, especialmente na produção de uma única peça, uma programação desatenta pode causar colisão entre a ferramenta e a peça ou componentes da máquina. Neste caso, a máquina é parada no tempo mais curto possível para limitar danos à máquina e à peça.

Monitoramento do mancal do fuso

Outra função de proteção dada pelo diagnóstico de vibrações é o monitoramento do estado do próprio fuso. Durante um funcionamento referencial, o comportamento do rolamento é medido e registrado como “valor bom”. O desgaste nos mancais e na complexa mecânica do fuso é detectado através de anomalias no comportamento de vibração. É emitido um aviso de erro ao ultrapassar as tolerâncias ajustáveis. Assim, há um monitoramento permanente do estado oferecendo segurança adicional ao operador.

Funcionamento do diagnóstico de vibrações

O sensor de vibrações ifm do tipo VSA é um sensor de aceleração micromecânico. Este sensor detecta continuamente vibrações em superfícies de máquinas não rotativas.

Está conectado à respectiva unidade de avaliação VSE. A VSE avalia os sinais de até quatro sensores de vibração e os envia diretamente ao comando da máquina. Isso permite uma integração fácil e estável.

Os valores limites para detecção de vibração e colisão podem ser registrados no controlador da máquina para cada ferramenta. Para determiná-los com antecedência, é executado um programa em modo de programação teach. Deste modo, os dados de vibração de cada ferramenta são registrados com valores de tolerância ajustáveis no sistema de controle. É possível fazer um ajuste detalhado de valores limites para cada corte individual.

Se esses valores de tolerância forem excedidos durante a usinagem, isto é interpretado como um erro e, dependendo da amplitude da vibração, aciona uma mensagem de advertência ou até mesmo provoca a parada da usinagem

Conclusão

Quer seja quebra de ferramenta, colisão ou dano ao mancal: o monitoramento do processo através do diagnóstico de vibrações não é capaz de impedir estas ocorrências. Mas, a parada da máquina reduz eficazmente o alastramento do dano, portanto, os danos subsequentes na peça e na máquina. As falhas em vias de ocorrer também são detectadas pelo diagnóstico permanente de vibrações e comunicadas ao pessoal de manutenção sob forma de advertência. Isso permite ao mesmo tempo a ocupação eficiente e a máxima proteção da máquina.