Pemantauan Gaya Pemotongan Secara Real-Time Meningkatkan Presisi &Efisiensi

Gambar 1. Gaya pemotongan dalam pemesinan dapat diukur secara tidak langsung dengan akurasi tinggi, menggunakan sensor regangan piezoelektrik seperti 9232A dari Kistler. (Gambar:Grup Kistler)

Produktivitas tinggi, biaya produksi rendah, dan kualitas benda kerja tinggi:inilah faktor-faktor utama yang menghasilkan keberlanjutan, profitabilitas, dan keunggulan kompetitif bagi produsen industri. Pemantauan mesin yang andal menghasilkan wawasan real-time yang berharga mengenai proses yang sedang berlangsung; hal ini merupakan dasar bagi manufaktur yang dapat diandalkan, produktif, dan dapat direproduksi, serta membantu operator mesin mengambil keputusan yang tepat mengenai perbaikan jangka pendek dan jangka panjang. Teknologi ini bahkan dapat menangkap anomali dalam proses pemesinan yang sangat dinamis, sehingga pengguna dapat merespons secara instan untuk memastikan produktivitas tinggi, mengurangi tingkat scrap, dan memperpanjang masa pakai alat. Berkat semua keunggulan ini, pemantauan mesin dan proses secara terus-menerus berdasarkan teknologi sensor yang sesuai merupakan faktor penentu keberhasilan dalam industri manufaktur saat ini.

Pemantauan Mesin dengan Sensor Regangan PE

Solusi pemantauan alat berat dari Kistler Group, Winterthur, Swiss, dilengkapi sensor yang dapat diintegrasikan ke dalam lingkungan mekanis dan kelistrikan alat berat. Namun, hanya sensor-sensor yang benar-benar diperlukan yang akan dipasang pada posisi tertentu di dalam mesin. Pendekatan ini meminimalkan kompleksitas dan biaya sistem pemantauan alat berat, meskipun integrasi sensor ke dalam struktur mekanis dan kelistrikan alat berat masih menjadi tantangan.

Jenis dan posisi sensor merupakan faktor penentu keberhasilan dalam menangkap proses yang sangat dinamis dengan akurasi maksimum. Sensor harus ditempatkan dekat dengan titik pemotongan sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu proses pemesinan, namun pada saat yang sama, sensor tidak boleh terkena pengaruh apa pun selain pemotongan sebenarnya. Pemantauan gaya pemotongan memainkan peran penting dalam memastikan operasi pemesinan stabil yang diperlukan untuk menghasilkan komponen dengan toleransi ketat. Pengguna yang memilih solusi pemantauan mesin semacam ini juga dapat beralih ke pemesinan otonom dan mengurangi total biaya pemesinan saat melakukannya.

Salah satu cara untuk mengetahui gaya potong adalah dengan mengukur gaya deformasi yang bekerja pada struktur perkakas mesin. Hal ini dapat dicapai dengan sensor regangan permukaan piezoelektrik yang dipasang atau diintegrasikan ke dalam struktur mesin. Dalam proyek terbaru bersama MINGANTI GLOBAL AB, Lidköping, Swedia, mesin bubut vertikal dilengkapi dengan sensor regangan permukaan Kistler PE 9232A terintegrasi, yang menawarkan sensitivitas tinggi yang diperlukan untuk mengukur regangan tarik dan tekan pada suatu permukaan berkat rentang pengukuran ±600 regangan mikro (με).

Pengukuran Gaya Pemotongan Tidak Langsung di Dekat Ujung Tajam

Gambar 2. Ram mesin tempat dudukan alat pemotong dijepit. (Gambar:Grup Kistler)

Sistem pemantauan mesin ini dimaksudkan untuk mendeteksi tingkat keausan pahat dan kerusakan pahat serta menghentikan mesin jika terjadi tabrakan. Selain itu, setelah kontrol gaya ditetapkan berdasarkan data pengukuran yang tepat, hal ini dapat digunakan untuk memantau dan meningkatkan akurasi profil. Gaya radial yang besar yang terjadi pada pembubutan keras menyebabkan deformasi elastis pada ram yang membawa dudukan pahat. Deformasinya sangat kecil, dan sebagian dapat dikompensasi oleh unit kendali mesin. Namun demikian, ukurannya masih cukup besar untuk ditangkap oleh sensor regangan dengan akurasi yang baik yang terletak sangat dekat dengan ujung tombak.

Pemantauan mesin juga dapat didasarkan pada sinyal mesin, namun dalam aplikasi ini, kualitasnya bergantung pada jenis mesin dan kondisi keausan. Sinyal mesin terkadang menunjukkan penyimpangan yang tidak berhubungan dengan proses pemotongan, sehingga tidak cukup untuk sistem kontrol mesin yang menargetkan keausan pahat atau kualitas produk.

Minganti dan Kistler memutuskan untuk memasang sensor kedua untuk melengkapi solusi pemantauan mesin. Hal ini memberikan redundansi tertentu, dan juga memperhitungkan tingginya biaya suku cadang. Untuk tujuan ini, akselerometer piezoelektrik sumbu tunggal 8274A dari Kistler juga diintegrasikan ke dalam ram. Ini melengkapi pengukuran gaya (regangan) dengan menyediakan pengukuran frekuensi tinggi sehingga perubahan mendadak dalam proses dapat dideteksi. Kedua input sensor diproses dengan amplifier muatan digital, yang terhubung ke kontrol mesin melalui PROFINET. Salah satu keuntungan utama dari penguat muatan ini adalah penggunanya dapat secara otomatis melakukan pemfilteran lolos rendah dan tinggi, sehingga memudahkan untuk fokus pada bagian sinyal yang sangat dinamis.

Mencapai Akurasi Profil Permukaan Tinggi – Tanpa Upaya Ekstra

Gambar 3. Diagram menunjukkan korelasi yang baik antara sinyal gaya (regangan) dari sensor regangan Kistler (plot atas) dan pengukuran profil permukaan setelah pemotongan (plot bawah). (Gambar:Grup Kistler)

Sistem pemantauan alat berat yang diperluas digunakan untuk memantau keausan alat, mendeteksi kerusakan alat, dan untuk mendeteksi serta mengendalikan kerusakan alat berat. Secara otomatis mempelajari level sinyal reguler dan kemudian memantau perubahan untuk mendeteksi penyimpangan. Hal ini memungkinkan operator untuk memulai tindakan yang diperlukan seperti penggantian alat, penghentian alat berat, dan lain-lain. Kegagalan pahat (pecah, tepi terkelupas, dll.) dapat disebabkan oleh berbagai alasan, termasuk data pemotongan yang salah yang dimuat dalam kontrol numerik, kualitas tepi potong yang rendah, tekanan cairan pendingin yang salah, atau cincin yang terlalu oval, yang menyebabkan perubahan besar pada kedalaman pemotongan pada setiap putaran. Ketika kegagalan tersebut terjadi, efeknya terlihat jelas pada sinyal gaya dan getaran.

Salah satu parameter kualitas terpenting untuk komponen bantalan adalah keakuratan profil ('kelurusan') permukaan. Parameter ini mempengaruhi gesekan antara elemen gelinding dan cincin pada bantalan. Mempertahankan toleransi yang ketat (3 - 6 μm) pada ring berukuran besar (diameter 1 hingga 2 meter) merupakan aspek yang menantang dalam proses pembubutan keras, itulah sebabnya banyak produsen bearing melakukan penggilingan atau pengasahan sebagai langkah ekstra. Sistem monitoring mesin Kistler secara tidak langsung dapat mengukur regangan (lendutan) alat, sehingga keakuratan profil (deviasi bentuk) terlihat jelas pada sinyal regangan (gaya tidak langsung). Masukan sinyal gaya dapat digunakan secara langsung selama operasi pembubutan untuk mengubah kondisi pemotongan dengan bantuan kontrol loop tertutup, sehingga defleksi dapat dikompensasi.

Pentingnya Pemantauan Mesin yang Akurat untuk Pemesinan yang Akurat

Meskipun sinyal pemantauan mesin dapat memberikan informasi tentang kondisi pengoperasian, hal ini mungkin menunjukkan masalah yang tidak terkait langsung dengan keakuratan pemesinan sebenarnya. Namun, seperti yang kami jelaskan di artikel ini, Kistler memiliki metode, seperti pengukur regangan dan akselerometer yang secara langsung memantau proses pemotongan. Pemantauan gaya pemotongan memainkan peran penting dalam memastikan operasi pemesinan stabil yang diperlukan untuk menghasilkan komponen dengan toleransi ketat. Pengukuran gaya potong yang akurat merupakan langkah penting dalam menjaga keakuratan profil, kata Marcus Caldana, Presiden Minganti Global AB.

Artikel ini ditulis oleh Buelent Tasdelen, Manajer Pengembangan Bisnis di Kistler. Untuk informasi lebih lanjut, buka di sini  .