도구 모니터링용 측정 시스템

공작기계의 공구 모니터링, 기계 모니터링, 공정 모니터링 시스템

가공 산업에서 높은 생산성, 낮은 생산 비용, 우수한 가공품 품질은 비용 효율성, 경쟁력, 그리고 지속 가능성을 보장하기 위한 핵심 전제 조건입니다. 산업 분야별로 가공 요건은 매우 엄격하며, 생산 공정이나 가공품 특성에 따라 크게 달라질 수 있습니다.

마이크로 가공의 과제

스위스형 자동선반에서의 마이크로 가공은 가공품, 기계, 공구 전반에 걸쳐 가장 높은 수준의 정밀도를 요구합니다. 시계 부품이나 뼈 나사와 같은 의료용 부품 등 초소형 부품을 절삭 가공할 때, 공구 절삭날에서 수 µm 단위의 미세 치핑만 발생해도 절삭력과 진동이 증가합니다. 그 결과, 가공품이 미세하게 밀려나거나 표면 불규칙이 생기고, 최종적으로는 스크랩 비용으로 이어질 수 있습니다.

황삭 가공의 과제

직경이 큰 가공품을 황삭 가공할 때에는 공작물이 밀려날 위험은 크게 줄어듭니다. 그러나 이 경우 절삭력이 훨씬 더 커지며, 공구 마모가 가공 경제성을 좌우하게 됩니다. 절삭력 모니터링을 통해 칩 제거 상태와 공구 수명에 대한 정보를 간접적으로 파악하고, 공구 수명을 최적 활용할 수 있습니다.

공구 마모 감지 및 공구 파손 방지

오늘날 기계는 무인 상태로 24시간 가동되는 경우가 많으며, 가공 공정에 영향을 미치는 변수가 다양하기 때문에 지속적인 모니터링이 필수적입니다. 절삭력 모니터링의 장점은 가공이 실제로 일어나는 지점에서 측정이 이루어진다는 점으로, 공구 측과 가공품 측 모두의 이상 징후를 명확히 포착할 수 있습니다.

가공 공정, 절삭 공구, 공작기계를 연속적으로 모니터링하면 실시간 데이터를 확보할 수 있으며, 이는 예측 가능하고 생산적이며 재현 가능한 생산 공정을 위한 기반이 됩니다. 또한 공정 중 이상이 발생할 경우 즉시 대응할 수 있어, 공구 마모를 조기에 식별하고 파손을 예방함으로써 예기치 못한 기계 다운타임, 기계 손상, 품질 저하, 스크랩 비용 등 시간과 비용이 드는 문제를 사전에 차단할 수 있습니다.

스위스형 자동선반, 단일 목적 기계, 공구 터릿이 장착된 CNC 머시닝 센터 등 어떤 설비에서도 최대 수준의 공정 신뢰성과 긴 공구 수명을 보장하는 자율적·고정밀 가공을 실현할 수 있습니다.

Kistler의 공구 모니터링, 공정 모니터링 및 기계 모니터링용 측정 시스템의 장점: 비용 효율성, 지속 가능성 및 경쟁력 향상

설비 활용 극대화 (OEE 향상)
공구 수명 최적 활용 (공구 상태 모니터링 기반)
가공품 품질 향상 (절삭 매개변수 최적화)
품질 보증 효율화 (소재 배치 비교, 생산 중 불량품 선별)
생산성 증대

예상치 못한 기계 다운타임 최소화 (공구 파손 감소)
공구 비용 절감
2차 피해 예방
스크랩 및 재작업 감소
자원 절약 (작업 시간, 에너지, 소재 등)
낮은 생산 및 단가 달성

Kistler는 가공 공정에서 신뢰할 수 있는 데이터 수집을 가능하게 하는 응용별 계측 시스템을 제공합니다. 이러한 시스템은 가공 공정을 모니터링하고 최적화하는 토대가 됩니다.

Kistler의 솔루션 – 공구, 공정, 기계 모니터링

동적 계측 기술 분야에서 오랜 경험을 보유한 Kistler는 다양한 공작기계와 가공 응용 분야에 대해 실용적이고 맞춤화된 지속 가능한 솔루션을 제공합니다. 우리의 모니터링 시스템은 고감도 압전 센서(piezoelectric sensor) 기반으로, 공구나 기계 구조에 통합되어 복잡한 가공 공정을 실시간으로 측정할 수 있습니다.

Kistler의 폭넓은 응용 전문성을 활용해 보십시오. 기존 설비의 레트로핏부터 센서 기술이 통합된 신규 시스템의 공동 개발까지, Kistler는 고객의 파트너로서 업계별 맞춤 솔루션을 제공합니다.

스위스형 자동선반 마이크로 가공용 공구 모니터링 시스템

공구 마모 감지, 공구 파손 예방

초고감도 압전(force) 센서를 스위스형 자동선반의 공구 홀더에 직접 통합하여, 절삭력이 가장 크게 작용하는 공구 절삭날 근처에서 가공 전 과정(황삭부터 마무리 가공까지)의 절삭력을 간접적으로 정밀·고해상도로 측정할 수 있습니다.

Kistler의 마이크로 가공 전용 솔루션은 Piezo Tool System (PTS linear)의 퀵체인지 시스템 ‘리니어 유닛(Linear Unit)’을 기반으로 하며, Paul Horn GmbH와의 협업으로 개발되었습니다. 센서는 기계 인터페이스와 베이스 플레이트 사이에 배치되어 있어, 빠른 공구 교환의 장점은 유지하면서 다양한 공구 홀더를 모니터링할 수 있습니다.

마이크로 가공에서 매우 작은 절삭력을 실시간으로 계측하면, 초고해상도 절삭력 데이터가 생성됩니다. 이를 통해 공정 중 발생하는 미세한 힘의 변동과 진동까지 포착할 수 있으며, 이는 공구 마모로 인한 공정 이상을 조기에 식별하는 중요한 지표가 됩니다. PTS를 통한 절삭력 측정은 사용자가 공구 마모나 파손으로 인한 손상 발생 전에 적시에 개입(예: 기계 정지) 할 수 있도록 지원합니다.

마이크로 가공에서의 공정·공구 모니터링 장점

공구 수명 최적 활용

우수한 제품 품질로 스크랩 최소화

CNC 선반 최적 프로그램 설정을 위한 절삭 매개변수(이송 속도, 절삭 깊이, 스핀들 속도) 관련 초고해상도 데이터 확보

소재 배치 간 비교 및 모니터링

잠재적 스크랩 부품의 선별

이상 발생 시 해당 부품의 후속 가공 중단

통합형 힘 센서 탑재 PTS 리니어 유닛

Horn 사의 PTS 리니어(Linear) 유닛에 힘 센서를 탑재하여 스위스형 자동선반 공정 모니터링에 활용할 수 있습니다. Citizen, Star, Tornos 등 다양한 기계 및 공구 홀더 시스템에 적용 가능합니다.

통합형 힘 센서 탑재 PTS 리니어 유닛

CNC 머시닝 센터(터릿 장착형)용 공구 모니터링 시스템

공구 마모 감지, 공구 파손 예방

Kistler의 CNC 선반 및 다축 선반용 맞춤형 솔루션은 Paul Horn GmbH와 공동 개발한 Piezo Tool System (PTS) 공구 홀더를 기반으로 하며, 이 안에는 Kistler의 압전(force) 센서가 통합되어 있습니다. 회전 공구 시스템에서는 텔레메트릭 계측 시스템(TMS)이 회전하는 기계 요소로부터 신호를 전송합니다.

다양한 터닝(선삭) 응용에 적용 가능한 PTS 공구 홀더 시스템은 절삭력을 측정하고, 공구 마모로 인한 공정 편차를 나타내는 미세한 절삭력 변화를 감지할 수 있습니다. PTS의 실시간 절삭력 측정을 통해 가공 중에도 적시에 개입(예: 기계 정지)이 가능하여, 황삭부터 마무리 가공까지 공구 마모나 파손으로 인한 손상을 사전에 방지할 수 있습니다.

CNC 머시닝 센터(터릿 장착형)에서의 공정·공구 모니터링 장점

공구 수명의 최적화

CNC 선반 최적 프로그램 설정을 위한 절삭 매개변수(이송 속도, 절삭 깊이, 스핀들 속도) 고해상도 데이터 확보

기계 가동 중지 시간 최소화
공정 편차 시 기계 정지
재료 배치 비교 및 모니터링
잠재적 불량품의 선별

PTS 리니어 유닛 & 힘 센서

Paul Horn GmbH의 PTS 리니어 유닛과 Kistler의 힘 센서는 다양한 기계 및 공구 홀더 시스템에 적용 가능합니다.

PTS 리니어 유닛 & 힘 센서

Paul Horn GmbH의 PTS 리니어 유닛과 Kistler의 힘 센서는 다양한 기계 및 공구 홀더 시스템에 적용 가능합니다.

터릿 장착 CNC 머신 황삭 가공용 공구 모니터링 시스템

공구 마모 감지, 공구 파손 예방

터릿이 장착된 CNC 머신에서의 황삭 가공은 고절삭력이 수반되는 빠른 공구 교체 과정을 포함합니다. 이때 공구 마모가 크게 발생하여 공구 파손 위험이 증가합니다. 과도한 절삭력은 소재를 손상시키며, 열 변형·균열·표면 거칠기를 유발해 공구 손상 및 재가공의 필요성을 초래할 수 있습니다. 따라서 절삭력 모니터링은 빠른 공구 마모를 점검하고 공구 파손을 예방하기 위한 핵심 수단입니다.

Kistler의 비용 효율적인 솔루션:

"이를 위해, Kistler는 터릿 하우징을 슬라이드에 고정하는 볼트 하부에 압전(force) 센서를 직접 통합합니다. 센서는 절삭력에 의해 볼트로 전달되는 모멘트를 계측하여 황삭 가공에서 발생하는 고절삭력을 모니터링합니다.
이 방식은 절삭력이 기계 구조를 통해 충분히 전달되고 센서에 의해 상대적으로 측정될 수 있는 황삭 가공 공정에 특히 적합합니다. 계측 정밀도는 구조 강성 및 절삭력 크기에 좌우되지만, 고감도 압전 기술을 통해 공정의 미세한 변화까지 기록할 수 있습니다."

터릿 장착 CNC 머시닝 센터에서 압전(force) 센서 통합을 통한 공정·공구 모니터링 장점

최적화된 공구 수명으로 공구 비용 절감
불량품 감소 및 작업물의 품질 향상 및 균일성
기계 가동 중지 시간 최소화

힘 센서

다양한 크기와 측정 범위를 가진 힘 센서를 제공하며, 기계 체결 부품 하부에 통합하여 사용할 수 있습니다.

힘 센서 살펴보기

힘 센서

다양한 크기와 힘 측정 범위를 제공하며, 터릿 하우징을 슬라이드에 고정하는 볼트 하부에 통합할 수 있습니다.

힘 센서 살펴보기

단일 목적 기계(선삭·드릴링·밀링)용 기계 및 공구 모니터링 시스템

공구 마모 감지, 공구 파손 예방

"단일 목적 기계에서 공구 상태를 모니터링하는 한 가지 방법은 압전식 스트레인 센서와 힘 센서를 기계 구조에 통합하는 것입니다. 절삭력은 기계 구조에 변형(strain)을 일으키며, 절삭점에서 발생하는 힘이 기계 구조로 전달되는 방식과 센서 배치에 따라 이 변형은 압전 센서를 통한 고속 동적 측정으로 상대적으로 정밀하게 모니터링할 수 있습니다.
절삭력이 증가하면 기계 구조의 변형도 커지며, 이를 통해 공구 마모 정도 또는 가공 공정의 이상 여부를 추론할 수 있습니다. 이 시스템은 기존 설비에도 손쉽게 레트로핏할 수 있습니다."

스트레인 센서 및 힘 센서 통합을 통한 단일 목적 기계의 공정·공구 모니터링 장점

공구 수명 연장
기계 가동 중단 최소화
공정 편차 시 기계 정지
재료 배치 비교 및 모니터링
잠재적 불량품의 선별

힘 센서 / 변형 센서

다양한 크기 및 힘 측정 범위를 갖춘 힘 센서 및 변형 센서(기계 구조물에 통합 또는 부착 가능)

힘 센서 살펴보기

변형 센서 살펴보기

힘 센서 / 변형 센서

다양한 크기 및 힘 측정 범위를 갖춘 힘 센서 및 변형 센서(기계 구조물에 통합 또는 부착 가능)

힘 센서 살펴보기

변형 센서 살펴보기

공작기계 제조업체를 위한 공구 및 공정 모니터링 계측 기술 – Kistler와의 협업 파트너십

출고 시부터 통합된 계측 솔루션으로 공구 마모 감지 및 파손 방지 – 최종 고객에게 더 큰 가치 제공

최종 고객이 새로운 공작기계를 도입할 때, 가장 이상적인 솔루션은 추가 설치 작업이 필요 없는 완전 통합형 모니터링 시스템입니다. 이 시스템은 측정 데이터를 기계 제어부에서 직접 표시할 수 있습니다. 많은 공작기계 제조사들은 이미 이러한 기능을 제공하고 있으며, 주로 스핀들의 전류(active current) 모니터링을 통해 가공 공정을 감시합니다.

이러한 방식은 광범위한 응용에 충분하지만, 직경이 매우 작은 가공품과 극소 힘 계측 범위가 요구되는 경우에는 기술적 한계에 부딪히기도 합니다. 바로 이 지점에서 Kistler가 전문 개발 및 기술 파트너로서 기여합니다. Kistler는 압전(piezoelectric) 기반 계측 솔루션을 통해, 초기 컨셉 개발부터 시제품 테스트, 시장 출시까지 함께합니다.