Dispositifs de serrage avancés : mesure et surveillance temps réel pour usinage de précision

La connectivité et la collecte de données sont devenues des thèmes transversaux en usinage et fabrication. Les constructeurs de machines-outils et fournisseurs d'accessoires continuent d'intégrer des capacités de rétroaction/surveillance automatiques dans leurs équipements pour permettre aux ateliers un meilleur contrôle sur leurs processus d'atelier. Par exemple, Hainbuch America Corp. fournit des capacités intelligentes sur ses mandrins et mandrins de serrage TopPlus IQ. Ces dispositifs de serrage intelligents sont intégrés avec des capteurs incluant mesure de pièce et surveillance de paramètres de serrage. Ils sont conçus pour améliorer le flux de travail en réduisant les temps de procédure de mesure et diminuant les rebuts tout en relayant les données au contrôleur machine pour analyse et ajustements de processus.

Comme les autres produits de serrage de l'entreprise, la technologie IQ a été créée basée sur les retours clients pour déterminer comment concevoir au mieux les dispositifs. « Nous devons nous assurer de maintenir l'intégrité de notre produit tout en l'adaptant pour la croissance future », dit Jim McCraw, ingénieur applications chez Hainbuch. « Le système mandrin/mandrin IQ fait ce pas en avant basé sur les retours clients, incluant où placer les capteurs et quels types de données on a essayé de capturer. »

Il ajoute qu'avec l'aide des clients, le département R&D de l'entreprise peut tester les mandrins pendant leur développement tout en laissant place à la croissance future du produit.

Mesure et surveillance automatiques

C'est un fait que les ateliers s'interrogent constamment sur ce qui se passe à l'intérieur d'un mandrin ou dispositif de serrage et comment cela affecte le résultat de la pièce, selon McCraw. Donc, les capacités de mesure et surveillance automatiques des mandrins et mandrins IQ sont une avancée naturelle dans la gamme de produits de serrage de l'entreprise.

Le mandrin IQ peut être utilisé pour mesurer le diamètre de la pièce finie. Cette donnée est traitée dans le contrôleur ou l'ordinateur maître et aussi affichée sur un anneau LED sur le mandrin. Crédit photo : Hainbuch America Corp.

Traditionnellement, les opérateurs machine devaient prêter attention aux caractéristiques de processus comme température, pressions de serrage, rigidité et vibration du dispositif de serrage et pièce, et documenter leurs constatations pour usage futur, explique McCraw. Reconnaissant que l'erreur humaine potentielle et la dépendance à l'expérience de l'opérateur pouvaient être problématiques, les ingénieurs Hainbuch ont conçu les dispositifs IQ pour capturer automatiquement — et plus précisément — ces données et les transmettre à une base de données.

« Ainsi, un opérateur n'a pas à essayer de digérer ce qui se passe dans la machine et puis décider comment le corriger au mieux », dit McCraw. Avec la technologie IQ, les aspects critiques du processus de serrage sont programmés dans le dispositif et il sort une information précise rapportée au contrôle machine.

Les possibilités de mesure et surveillance des dispositifs TopPlus IQ incluent :

• Serrage et mesure en une étape, sans machine de mesure séparée. Cette caractéristique détecte si le bon diamètre a été produit en usinage amont.
• Détection du contact pièce par capteurs dans le corps de base et par le contact d'appui pièce en trois points sur la butée pièce. Les capteurs peuvent potentiellement détecter des copeaux sur la butée sans contrôle pneumatique complexe avec unité rotative et tuyauterie.
• Mesure de la température du dispositif de serrage. Cette capacité détecte un changement progressif de température causé par le processus d'usinage.
• Mesure des RPM du dispositif de serrage. Connaître la vitesse peut être idéal pour la surveillance d'état pour la préparation de diagrammes d'analyse basés RPM, détection pertes d'inertie.
• Surveillance continue de la force de serrage directement sur la pièce. L'écart par rapport à une valeur de force de serrage calibrée est déterminé ainsi, mais ne fournit pas une mesure absolue. La surveillance peut détecter si la force de serrage de l'unité hydraulique/cylindre est adaptée à la pièce. En plus, l'analyse des données de mesure de force de serrage permet une fabrication processus fiable et est un composant important de maintenance préventive.

Bien que toutes ces informations soient possibles à collecter, beaucoup d'ateliers choisissent de ne rassembler que certaines informations qu'ils jugent les plus utiles pour leurs applications. Ce processus est une transmission sans contact de données et d'énergie entre le dispositif de serrage rotatif et le stator fixé sur la poupée porte-broche.

Il y a trois façons d'utiliser les dispositifs IQ pour mesure/surveillance : 1) sur la machine ; 2) lors de la manipulation de la pièce, et 3) à un poste de mesure. Crédit photo : Hainbuch America Corp.

Distribution des données

L'atelier peut déterminer quelles données collecter de la technologie IQ et quoi en faire, manuellement ou automatiquement. Par exemple, une option est que le mandrin/mandrin IQ affiche certaines infos sur une interface graphique ou affichage, qui sont les données envoyées directement des capteurs à l'opérateur pour qu'il réponde. Ou le système de serrage IQ peut être programmé pour que les données reviennent dans le contrôle machine et, en réponse, la machine-outil peut soit faire des ajustements basés sur des points de consigne, soit même implémenter un outillage de secours si des points d'usure sont atteints. Le client travaille avec le constructeur machine pour configurer le chemin souhaité — ou réponses — activées par le contrôle de la machine.

« Certains ateliers veulent le processus aussi automatisé et distant que possible », explique McCraw. « Ça dépend de la criticité du processus et de combien d'interface ils veulent que les opérateurs aient. »

Les ateliers doivent aussi considérer le type de boucle de connectivité dans laquelle ils choisissent de s'inscrire pour le système, selon McCraw. Les entreprises peuvent non seulement envoyer des données et les partager mais aussi recevoir de l'information partagée.

Le mandrin IQ peut être utilisé sur la machine pour mesurer diamètre pièce, température, RPM, contact pièce et force serrage pièce. Données traitées dans le contrôleur ou ordinateur maître et affichées sur le panneau machine. Crédit photo : Hainbuch America Corp.

Les données collectées par la technologie IQ peuvent être gardées dans l'entreprise, dans une famille d'entreprises, ou partagées avec des réseaux choisis. Le partage de données et la confidentialité doivent être soigneusement considérés et surveillés dans le système.

Le type de boucle de connectivité choisi détermine comment fonctionne la transmission de données. Cependant, en général, les capteurs IQ envoient l'information avec un système Fieldbus directement vers un contrôleur machine ou vers une interface graphique. Les données peuvent aussi aller vers un réseau d'usine dans un système central qui peut utiliser ces données avec d'autres données envoyées par d'autres centres de travail usine pour orchestrer numériquement les processus et sorties globaux de l'usine. Ce système de contrôle central peut alors être interfacé avec fournisseurs et ressources externes pour utiliser leurs données pour aider à ajuster leurs opérations internes.

« C'est là que la passerelle peut s'étendre à l'Internet des Objets et soit partager ces données avec des ressources distantes, soit prendre des données partagées pertinentes d'autres sources », dit McCraw.

Le rôle de l'opérateur

Bien que le système mandrin/mandrin IQ soit considéré automatique, le système est enseigné quoi faire par l'opérateur et n'est donc pas un dispositif complètement sans intervention. Aussi, selon l'application particulière, l'apport humain peut être très bénéfique. Par exemple, un opérateur doit reconnaître quand certaine technologie ne fonctionne pas correctement et intervenir quand nécessaire.

Ce mandrin IQ est pour mesurer l'alésage de la pièce finie. Le traitement des données se fait dans le contrôleur ou l'ordinateur maître et peut être sorti via un affichage au poste de mesure. Crédit photo : Hainbuch America Corp.

Dans la plupart de ces systèmes automatisés, les clients visent le contrôle d'un processus et ont des réactions cohérentes aux symptômes qui nécessitent d'être adressés. « Donc, s'ils répondent manuellement à un symptôme qui leur a été renvoyé par un capteur, l'effet final de la technologie IQ ne sera aussi fiable que l'opérateur ne l'est pour corriger le problème », explique McCraw. Mais, avec compensation automatique dans le contrôleur de la machine, les machines prennent toujours des décisions basées sur des faits programmés. Autant la technologie dépend de nous, nous devons dépendre de la technologie. Nous sommes dépendants de la précision de l'autre, ajoute-t-il.

Un peu d'automatisation à la fois

La technologie de serrage TopPlus IQ de Hainbuch permet aux ateliers d'intégrer les processus automatisés décrits progressivement. Un ou deux capteurs, mandrins ou postes de mesure à la fois peuvent être intégrés dans une machine-outil pour que l'automatisation n'ait pas à se faire d'un coup.

« Je pense que plus les gens réalisent les bénéfices d'implémenter l'automatisation à petite échelle, plus c'est facile de la justifier avec des investissements plus grands », explique McCraw.

Les bénéfices de ces dispositifs de serrage intelligents sont clairs, surtout pour applications haute production. Les mandrins et mandrins IQ automatiques augmentent la productivité machine et la capacité de processus, assurent un planning de maintenance nécessaire, surveillent les forces de serrage définies et documentent les résultats pour répliquer les projets répétés.

Hainbuch America Corp. | hainbuchamerica.com