Sistemas de medição para monitorização de ferramentas

A integração de sensores de força piezoelétricos altamente sensíveis diretamente no porta-ferramentas de tornos suíços para micromaquinagem – próximo à aresta de corte da ferramenta, onde a força atuante é maior – permite a medição indireta, precisa e de alta resolução das forças de corte durante todo o processo de maquinagem, desde o desbaste até ao acabamento.

A nossa solução específica para micromaquinagem baseia-se na “unidade linear” do sistema de troca rápida do Piezo Tool System (PTS linear), que foi desenvolvido em colaboração com a Paul Horn GmbH. O posicionamento inteligente dos sensores entre a interface da máquina e a plataforma base mantém as vantagens da troca rápida de ferramentas. Ao mesmo tempo, os sensores podem monitorizar uma variedade de porta-ferramentas diferentes.

A medição em tempo real de forças de corte extremamente pequenas na micromaquinagem gera dados críticos e de alta resolução sobre a força de corte. Isso permite capturar até mesmo as menores variações de força e vibrações, que podem indicar desvios no processo de maquinagem como resultado do desgaste da ferramenta. A medição da força de corte com o PTS permite que os operadores da fábrica intervenham em tempo útil (paragem da máquina) antes que ocorram danos devido ao desgaste ou quebra da ferramenta.

A nossa solução específica para monitorização de ferramentas em tornos CNC altamente automatizados ou tornos multieixos com sistemas de ferramentas rotativas baseia-se nos porta-ferramentas Piezo Tool System (PTS) desenvolvidos pela Paul Horn GmbH com um sensor de força piezoelétrico Kistler integrado. Em sistemas rotativos, um sistema de medição telemétrico (TMS) transmite sinais do elemento rotativo da máquina.

Uma ampla gama de sistemas de porta-ferramentas PTS para uma variedade de aplicações de torneamento permite a medição das forças de corte e a deteção das menores variações de força que podem indicar desvios no processo de maquinagem como resultado do desgaste da ferramenta. A medição da força de corte em tempo real com o PTS permite intervir (paragem da máquina) em processos de torneamento em curso em centros de maquinagem CNC em tempo útil antes que ocorram danos resultados do desgaste ou quebra da ferramenta – desde o processo de desbaste até ao processo de acabamento.

A troca de ferramentas durante a maquinagem de desbaste de peças em máquinas CNC com torres de ferramentas é um processo rápido que envolve altas forças de corte. O desgaste da ferramenta é significativo e aumenta o risco de quebra da ferramenta. Forças de corte excessivas danificam o material e podem resultar em deformações térmicas, fissuras e superfícies rugosas, o que pode causar danos às ferramentas e exigir retrabalho. Mais uma vez, a monitorização das forças de corte é o meio ideal para verificar o desgaste rápido das ferramentas e evitar a sua quebra. 

Solução económica da Kistler:

Para este fim, integramos um sensor de força piezoelétrico diretamente sob o parafuso que fixa a carcaça do porta-ferramentas na guia, a fim de medir o momento transferido para o parafuso pelas forças de corte. Este sistema é especialmente adequado para processos de maquinagem de desbaste, onde as forças de corte são altas o suficiente para serem transferidas dentro da estrutura da máquina e medidas relativamente pelo sensor. A precisão desse tipo de medição depende principalmente da rigidez da estrutura e da magnitude das forças de corte. Graças à tecnologia piezoelétrica altamente sensível, mesmo as mais pequenas alterações no processo podem ser registadas.

Vantagens da monitorização de processos e ferramentas em centros de maquinagem CNC com torres de ferramentas através da integração de sensores de força piezoelétricos:

• Redução dos custos com ferramentas graças à otimização da vida útil das ferramentas
• Menos sucata e maior uniformidade na qualidade das peças
• Minimização do tempo de inatividade da máquina

Um método para monitorizar o estado da ferramenta em máquinas de uso único é a integração de sensores de deformação piezoelétricos e sensores de força na estrutura da máquina. As forças de corte causam deformação na estrutura da máquina. Dependendo do posicionamento e da forma como as forças que atuam no ponto de maquinagem são transferidas para a estrutura da máquina, esta deformação pode ser monitorizada com precisão em termos relativos por meio de medições altamente dinâmicas usando sensores piezoelétricos. Um aumento nas forças de corte resulta em maior deformação na estrutura da máquina. Isto, por sua vez, permite tirar conclusões sobre o grau de desgaste da ferramenta ou anomalias no processo de maquinagem. O sistema é de fácil adaptação em sistemas existentes. 

Vantagens da monitorização de máquinas e ferramentas em máquinas de uso único através da integração de sensores de tensão e força:

• Extensão da vida útil das ferramentas
• Minimização do tempo de inatividade da máquina
• Paragem da máquina em caso de desvios do processo
• Comparação e monitorização de lotes de material
• Separação de peças potencialmente defeituosas

Quando se trata de adquirir uma nova máquina-ferramenta para clientes finais, a solução ideal para monitorizar o processo de maquinagem e as próprias ferramentas é, muitas vezes, uma solução de monitorização totalmente integrada que não requer trabalho de instalação adicional e que exibe os dados de medição diretamente no controlo da máquina. Muitos fabricantes de máquinas-ferramentas já oferecem soluções correspondentes que tendem a observar os processos de maquinagem através da monitorização ativa da corrente dos eixos da máquina. 

Estes tipos de sistemas são suficientes para uma ampla gama de aplicações. No entanto, quando se trata de peças com diâmetros extremamente pequenos e, portanto, com as menores gamas de medição de força, estas soluções muitas vezes atingem os seus limites tecnológicos. Como parceiro especializado em desenvolvimento e tecnologia, é aqui que entramos: com soluções de medição piezoelétrica para máquinas-ferramentas – desde o desenvolvimento inicial do conceito até aos testes de protótipos e ao lançamento no mercado.

Vantagens de uma colaboração para desenvolver soluções de monitorização em máquinas-ferramentas:

• Beneficie da experiência e competência central da Kistler no campo da tecnologia de medição piezoelétrica
• Aproveite uma extensa gama de produtos de sensores genéricos, amplificadores de carga e possibilidades de integração em máquinas

Desenvolvimento colaborativo de soluções de medição inovadoras para integração em máquinas-ferramentas

Cobertura de requisitos específicos do cliente utilizando todo o portfólio de tecnologia de medição genérica da Kistler

Legenda

1. Amplo portfólio de sensores para diferentes grandezas de medição
2. Componentes para transmissão de sinais e integração em máquinas
3. Amplificadores de carga industriais e sistemas de aquisição de dados
4. Integração de dados na máquina-ferramenta

Desenvolvimento colaborativo de soluções de medição inovadoras para integração em máquinas-ferramentas

Cobertura das necessidades específicas dos clientes utilizando todo o portfólio de tecnologia de medição genérica da Kistler

Legenda:

1. Amplo portfólio de sensores para diferentes grandezas a medir
2. Componentes para transmissão de sinais e integração em máquinas
3. Sistemas de monitorização de processos dedicados
4. Sinais de saída digitais para interagir com a máquina