Scania: protección automatizada de las máquinas

Ejemplo de diagnóstico en una máquina herramienta

En Scania se utilizan innumerables máquinas herramienta. Los cabezales de fresado cortan bloques de metal “como si fuera mantequilla” a velocidades inimaginables, las herramientas de torno forman ejes con una precisión micrométrica y las brocas perforan orificios con extrema exactitud. Todos estos pasos de trabajo se realizan de forma totalmente automática mediante máquinas de fresado y torneado controladas por ordenador. De este modo, es posible conformar piezas a gran velocidad como, por ejemplo, culatas o ejes de motores.

Para cumplir con las altas exigencias de calidad, es importante que no surjan errores ni averías durante el procesamiento de las piezas de trabajo en las máquinas herramienta. Debido a la elevada velocidad de procesamiento y las fuerzas que intervienen en el proceso, se requieren sistemas de diagnóstico de reacción rápida que detecten inmediatamente cualquier daño en la herramienta o colisiones durante el procesamiento, de modo que se puedan evitar daños tanto en la máquina como en la pieza de trabajo. Un diagnóstico continuo de las vibraciones ha demostrado ser el mejor método de limitación de daños para estos casos.

Pequeños errores, pero de gran impacto

Apenas es perceptible la fuerza excepcional que deben ejercer los cabezales de fresado durante el procesamiento para abrirse camino a través del material a velocidades extremas, aparentemente sin esfuerzo. Sin embargo, los requisitos que se exigen a estas herramientas son enormes.

A pesar de la máxima calidad del material, ningún usuario está protegido contra una posible rotura de las herramientas durante el procesamiento. Hasta el mínimo defecto mecánico tiene consecuencias de gran alcance si se produce durante el procesamiento. Por ejemplo, la rotura de un diente del cabezal de fresado puede dañar la pieza de trabajo y dejarla inservible. Cuando se trabaja en piezas complejas, como un bloque motor, los daños causados pueden resultar muy costosos. No solo el valioso componente se vuelve inservible, sino que además no se puede cumplir con el número de piezas requerido. El proceso de fabricación se vería gravemente afectado.

Las vibraciones inusuales indican errores en las herramientas

Por eso, Scania equipa sus máquinas herramienta con un sistema automático de detección de errores. La pieza central de este sistema es un sensor de vibración altamente sensible y extremadamente fiable del especialista en tecnología de sensores ifm electronic.

“Controlamos las vibraciones en los husillos del motor para poder reemplazarlos a tiempo en caso de rotura. El software de diagnóstico también nos indica el estado de los husillos y nos informa de la necesidad de ajustar los parámetros del proceso ", dice Robert Bergkvist.

Así, con la ayuda de los datos de los sensores, el proceso de producción puede alcanzar su máxima eficiencia sin riesgo de que se produzcan condiciones críticas en la máquina debido, por ejemplo, a un avance demasiado rápido de la herramienta de torno.

Esto se logra gracias al sensor de vibración compacto VSA de ifm, que se enrosca firmemente a la carcasa del cabezal del husillo. Aquí registra continuamente el comportamiento de las vibraciones durante el proceso de mecanizado. La sensibilidad es tan alta que este acelerómetro micromecánico es capaz de detectar hasta el más mínimo desequilibrio que se produzca por la rotura de un diente de un cabezal de fresado de tamaño milimétrico debido al desequilibrio que se genera. Asimismo, cualquier cambio en las fuerzas de corte, por ejemplo, debido a brocas desafiladas o por una obstrucción por virutas, también se detecta como consecuencia de la alteración del comportamiento vibratorio y se comunica al operario.

A cada herramienta se le pueden asignar varios límites de tolerancia específicos, por ejemplo, un umbral de aviso o de desconexión. En este último caso, el husillo giratorio de la herramienta se detiene mediante el comando "Parada de avance del husillo" para permitir un corte libre. De esta forma, se evita eficazmente que se produzcan daños en la valiosa pieza de trabajo.

Detección de colisiones

Otra función de la supervisión de vibraciones es la detección de colisiones. En la producción en serie, el proceso completo de fresado, torneado y taladrado se suele comprobar mediante una simulación. De este modo, las posibles colisiones de la herramienta y la pieza de trabajo relacionadas con el proceso pueden detectarse de forma fiable y tenerse en cuenta en la programación. No obstante, un pequeño descuido en la programación puede provocar colisiones entre la herramienta y la pieza de trabajo u otras partes de la máquina, especialmente en la fabricación de piezas individuales. En estos casos, la máquina se detendrá en el menor tiempo posible para minimizar los daños en la máquina y la pieza de trabajo.

Supervisión de los rodamientos del husillo

Otra función de protección que ofrece el diagnóstico de vibraciones es la monitorización de condiciones del propio husillo. El comportamiento vibratorio del rodamiento se mide en una carrera de referencia y se guarda como un "valor aceptable". Un comportamiento inusual de las vibraciones desvela la presencia de desgaste en los rodamientos de la compleja mecánica del husillo. Si se superan los valores de tolerancia configurables, se emitirá un mensaje de error. Esto garantiza una monitorización permanente de las condiciones, lo que proporciona al operador aún más seguridad.

Cómo funciona el diagnóstico de vibraciones

El sensor de vibración VSA de ifm es un acelerómetro micromecánico. Este sensor detecta continuamente las vibraciones en las superficies no rotatorias de la máquina.

Se conecta a la unidad de evaluación VSE correspondiente, que evalúa las señales de hasta cuatro sensores de vibración y las envía directamente al sistema de control de la máquina. De este modo, es posible una integración sencilla y estable.

En el sistema de control de la máquina, se pueden establecer valores límite de detección de vibraciones y colisiones para cada herramienta. Para una determinación previa de estos valores, se ejecuta un programa en el modo de aprendizaje. Mediante este programa, los datos de vibraciones de cada herramienta se almacenan en el sistema de control y se les asigna valores de tolerancia configurables. Es posible realizar un ajuste detallado del valor límite para cada tipo de corte.

La superación de estos valores de tolerancia durante el procesamiento se interpreta como un error y, en función de la amplitud de la vibración, generará un mensaje de advertencia o incluso la parada del procesamiento.

Conclusión

Ya sea una rotura de la herramienta, una colisión o daños en los rodamientos: la monitorización del proceso mediante un diagnóstico de vibraciones no puede evitar estas situaciones. Sin embargo, la parada de la máquina sí ayudará de forma eficaz a evitar la propagación del daño y, por lo tanto, otros daños en la pieza de trabajo o en la máquina. Los fallos incipientes también son detectados por el diagnóstico continuo de las vibraciones y comunicados al personal de mantenimiento mediante un mensaje de advertencia. De este modo, se garantiza una utilización eficiente de la máquina al tiempo que se maximiza su protección.