MỸ – Những cải tiến trong lĩnh vực hệ thống giám sát và kiểm tra máy công cụ, giúp dự báo chính xác tuổi thọ của dụng cụ, đồng thời duy trì tính đồng nhất cho sản phẩm tại các nhà máy gia công.

Hệ thống giám sát và kiểm tra máy công cụ đã trở thành yếu tố không thể thiếu, nhờ khả năng theo dõi hiệu suất dụng cụ theo thời gian thực. Giải pháp này mang lại nhiều lợi ích vượt trội: giảm thiểu thời gian dừng máy, tăng cường tuổi thọ dao cụ, đảm bảo mọi chi tiết đều đạt tiêu chuẩn cao nhất, đồng thời tối ưu hóa lịch trình bảo dưỡng và tiết kiệm chi phí.

Hệ thống DTect-IT sử dụng một cảm biến rung với độ phân giải cao, được lắp trên trục chính, giúp giám sát liên tục các tín hiệu rung lắc trong suốt quá trình gia công cắt gọt kim loại

Kiểm soát và phát hiện độ rung lắc của bộ cấp phôi thanh theo thời gian thực
Sản phẩm DTect-IT của công ty Caron Engineering (có trụ sở tại vùng Wells, bang Maine, Mỹ) có khả năng giám sát và phát hiện những rung động mạnh của máy móc. Hệ thống DTect-IT được thiết kế để nhận diện và xử lý tình trạng rung lắc quá mức của bộ cấp thanh phôi (*) trong lĩnh vực gia công CNC (computer numerical control), trước khi chúng gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm hoặc độ bền của máy móc. Trong các nguyên lý tiện tự động, bộ cấp phôi đóng vai trò then chốt. Tuy nhiên, những khiếm khuyết trong phôi thanh thường khó bị phát hiện cho đến khi chúng gây ra các sự cố gây tổn thất chi phí. Sự không đồng nhất của vật liệu, lỗi căn chỉnh và rung động quá mức có thể dẫn đến sai lệch về kích thước, bề mặt hoàn thiện kém, làm tăng độ hao mòn của máy móc, gây dừng máy ngoài ý muốn và tỉ lệ phế phẩm cao.
(*) Bộ cấp phôi thanh (bar feeder): là thiết bị tự động đẩy các thanh vật liệu dài vào máy tiện CNC. Khi các thanh này quay ở tốc độ cao, nếu không thẳng hoặc không được căn chỉnh tốt, chúng sẽ tạo ra lực ly tâm gây rung lắc dữ dội.

Khả năng phát hiện và giám sát của hệ thống DTect-IT giúp xác định và phản ứng kịp thời tình trạng rung lắc quá mức của bộ cấp phôi thanh

Hệ thống DTect-IT giải quyết vấn đề này bằng hệ thống giám sát và hiệu chỉnh theo thời gian thực. Một cảm biến rung độ phân giải cao được lắp trên trục chính để liên tục theo dõi tín hiệu rung trong quá trình cắt. Khi hiện tượng rung lắc diễn ra vượt ngưỡng thiết kế, hệ thống sẽ phát tín hiệu yêu cầu máy CNC giảm dần tốc độ quay của trục chính cho đến khi sự rung lắc trở về mức cho phép, giúp duy trì dung sai và bảo vệ chất lượng sản phẩm. Nếu việc điều chỉnh tốc độ quay trong một phút (RPM – revolutions per minute) của trục chính không hiệu quả, phần mềm DTect-IT sẽ ra lệnh dừng máy để ngăn ngừa hư hại thiết bị và giảm thiểu phế phẩm.

Các tính năng chính của hệ thống DTect-IT bao gồm: tùy chỉnh ngưỡng rung, ghi nhật ký dữ liệu và phân tích chuyên sâu. Ngoài bộ cấp phôi, hệ thống còn cung cấp đa dạng các loại cảm biến khác nhau.

Ứng dụng hỗ trợ kiểm tra ballbar (*) một cách dễ dàng
Sự kết hợp giữa thiết bị QC20 ballbar của công ty Renishaw và ứng dụng Carto Ballbar Connect giúp đơn giản hóa quy trình kiểm tra máy công cụ. Với hướng dẫn chi tiết được tích hợp sẵn, khách hàng được hỗ trợ xuyên suốt ở tất cả các quy trình sản xuất.
(*) Kiểm tra ballbar (ballbar test): là một phương pháp tiêu chuẩn để kiểm tra độ chính xác về hình học và khả năng kiểm soát chuyển động của các máy công cụ CNC (như máy tiện, máy phay).

Ứng dụng Carto Ballbar Connect

Carto Ballbar Connect là ứng dụng trên điện thoại thông minh của công ty Renishaw (có trụ sở tại vùng West Dundee, bang Illinois, Mỹ) với thiết bị QC20 ballbar. Ứng dụng được thiết kế để kiểm tra nhanh và trực quan với quy trình kiểm tra chính (1), giúp đánh giá hiệu suất tĩnh (2) của máy công cụ một cách nhanh chóng. Ứng dụng sử dụng các đoạn mã lập trình sẵn (macro) nạp vào máy CNC để tự động hóa các tác vụ phức tạp, cho phép khách hàng có thể thiết lập một dòng lệnh duy nhất (lệnh đơn dòng) để cấu hình và chạy toàn bộ bài kiểm tra với thiết bị QC20 ballbar.
(1) Quy trình kiểm tra chính (3D check): là một tính năng cho phép đánh giá nhanh hiệu suất tĩnh (static performance) của máy công cụ trong không gian 3 chiều. Nó giúp xác định máy có đang hoạt động ổn định và chính xác hay không.
(2) Hiệu suất tĩnh (static performance): trong ngành máy công cụ và đo lường chính xác, hiệu suất tĩnh đề cập đến khả năng của máy móc trong việc duy trì độ chính xác và vị trí khi máy không chịu tác động của lực cắt lớn hoặc không di chuyển ở tốc độ cao.

Thiết bị QC20 ballbar của công ty Renishaw giúp kiểm tra tình trạng của máy công cụ một cách nhanh chóng và hiệu quả. Đây là cảm biến tuyến tính dạng ống lồng (1) có độ chính xác cao, cho phép khách hàng xác định và chẩn đoán các nguồn gây lỗi, giảm thiểu bảo trì ứng phó (2) và tập trung vào các biện pháp bảo trì chủ động.
(1) Dạng ống lồng: có thể thu vào kéo ra giống như một chiếc ăng-ten.
(2) Bảo trì ứng phó (reactive maintenance): là biện pháp bảo trì được thực hiện sau khi máy móc hỏng hoặc phát hiện sản phẩm bị lỗi. Việc này rất tốn kém vì làm gián đoạn sản xuất.

Ứng dụng Carto Ballbar Connect cho phép những kỹ thuật viên chưa có nhiều kinh nghiệm, có thể thực hiện các bài kiểm tra ballbar một cách nhanh chóng, dễ dàng và chính xác. Ứng dụng cung cấp cái nhìn tổng quát về hiệu suất của máy công cụ, đồng thời trình bày kết quả dưới dạng thông số định lượng và hình ảnh trực quan nhất quán. Đối với khách hàng mới sử dụng, ứng dụng giúp họ nhanh chóng làm quen và tự tin hơn trong việc sử dụng thiết bị QC20 ballbar. Giao diện người dùng trực quan cùng các video minh họa tích hợp sẽ hướng dẫn chi tiết xuyên suốt toàn bộ quy trình kiểm tra.

Truyền tín hiệu không dây phục vụ giám sát trong sản xuất

Hai mô-đun của hệ thống đo lường từ xa TMS 

Hệ thống đo lường từ xa (TMS – telemetric measurement system) của tập đoàn Kistler (có trụ sở tại thành phố Winterthur, phía đông bắc Thụy Sĩ) là giải pháp truyền tin tín hiệu không dây trong việc giám sát sản xuất, bao gồm hai mô-đun được tối ưu hóa về mặt cơ khí và điện năng tương thích với nhau. Với công nghệ TMS, lần đầu tiên tập đoàn Kistler đạt được khả năng truyền tín hiệu không dây, không gây mài mòn (1) để giám sát quy trình và công cụ trên các cấu trúc động chuyển động linh hoạt như máy tiện tháp pháo (turret lathes) (2). Hệ thống bao gồm bộ khuếch đại điện tích (loại 5190A) và bộ cơ sở (loại 5290A), cung cấp dữ liệu tin cậy mà không cần vòng tiếp điện (slip rings) (3), pin hay dây cáp. Điều này mở ra những khả năng hoàn toàn mới trong giám sát quy trình sản xuất hàng loạt. Bộ khuếch đại TMS cung cấp giải pháp mạnh mẽ cho các quy trình yêu cầu độ tin cậy tối đa như ngành ô tô, hàng không vũ trụ và công nghệ y tế. Hệ thống đa năng này phù hợp với nhiều ứng dụng giám sát trong lĩnh vực cắt gọt kim loại cũng như các quy trình công nghiệp khác.
(1) Truyền dẫn tín hiệu không gây mài mòn (wear-free transmission): Trong kỹ thuật cơ khí, thông thường khi muốn truyền tín hiệu từ một vật đang quay (trục máy) về một vật đứng yên (màn hình máy tính), cần dùng các bộ phận chạm vào nhau (như chổi than và vòng tiếp điện). Tuy nhiên, công nghệ “wear-free” loại bỏ hoàn toàn sự tiếp xúc này. Bằng cách sử dụng các hiện tượng vật lý như từ trường (cảm ứng) hoặc sóng vô tuyến để truyền dẫn qua khoảng không, do đó các linh kiện không bị mòn theo thời gian.
(2) Máy tiện tháp pháo (turret lathes): là một phiên bản nâng cấp của máy tiện thông thường, được thiết kế chuyên biệt để sản xuất hàng loạt các chi tiết giống nhau một cách nhanh chóng. Điểm khác biệt lớn nhất nằm ở bộ phận tháp pháo/ đài dao (turret). Thay vì chỉ gắn được một hoặc hai dụng cụ dao cắt và phải thay thủ công, máy tiện này được trang bị một đài dao hình lục giác hoặc đa giác có khả năng xoay tròn.
(3) Vòng tiếp điện (slip ring): thường được gọi là vòng trượt tiếp điện hay vòng tiếp xúc, là một thiết bị cơ điện cho phép truyền năng lượng điện và tín hiệu từ một bộ phận đứng yên sang một bộ phận quay liên tục 360 độ. Nếu không có vòng tiếp điện, các dây dẫn điện nối giữa phần tĩnh và phần quay sẽ bị xoắn lại và đứt lìa chỉ sau vài vòng quay.

Hệ thống đo lường có dây truyền thống thường gặp giới hạn khi các bộ phận máy chuyển động hoặc khó tiếp cận. Vấn đề đặt ra không phải là sự mài mòn mà là nguy cơ đứt cáp, đặc biệt đối với các thành phần chịu tải trọng động (*). Ngoài ra, dây cáp thường gây cản trở trong quá trình vận hành và hạn chế tính linh hoạt của hệ thống cảm biến.
(*) Tải trọng động (dynamic loads): Trong cơ khí, đây là loại lực thay đổi liên tục về cường độ, hướng hoặc vị trí theo thời gian. Ví dụ: Sự rung lắc, va đập, hoặc lực quán tính phát sinh khi máy đang quay/ tăng tốc nhanh. 

Hệ thống đo lường từ xa TMS được phát triển đặc biệt cho việc đo áp điện đơn kênh (*) trên các thành phần máy chuyển động như đài dao, máy nhiều trục chính, robot hoặc dây chuyền lắp ráp. So với các phương pháp gián tiếp như phân tích dòng điện trục chính, hệ thống TMS kết hợp với cảm biến áp điện siêu nhạy, mang lại độ nhạy đo lường cao hơn đáng kể.
(*) Áp điện (piezoelectric): đây là công nghệ cốt lõi của tập đoàn Kistler. Các cảm biến áp điện sử dụng vật liệu (thường là thạch anh) có khả năng sinh ra điện tích khi bị nén hoặc kéo giãn.
– Đơn kênh (single-channel): có nghĩa là hệ thống này được thiết kế để xử lý và truyền tín hiệu từ một nguồn dữ liệu duy nhất tại một thời điểm. Đối với máy tiện tháp pháo: một kênh thường được dùng để theo dõi một đại lượng quan trọng nhất, ví dụ như lực cắt tác động lên mũi dao. Việc chỉ truyền một kênh giúp thiết kế của bộ khuếch đại (type 5190A) trở nên nhỏ gọn, tiêu thụ ít năng lượng hơn và truyền dẫn không dây ổn định hơn trong môi trường công nghiệp phức tạp.

Để xem các tin bài khác về “Máy công cụ”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Fabricating and Metalworking