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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

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  • 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
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  • 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


PTS linear unit with integrated force sensors
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.

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PTS linear unit with integrated force sensors
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.

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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 linear unit and force sensor

PTS linear units (Paul Horn GmbH) and our force sensor are available for various machines and tool-holder systems


PTS linear unit and force sensor

PTS linear units (Paul Horn GmbH) and our force sensor are available for various machines and tool-holder systems

Systems for tool monitoring during rough machining on CNC machines with tool turrets

Detecting tool wear, avoiding tool breakage

Changing tools during rough machining of workpieces on CNC machines with tool turrets is a rapid process involving high cutting forces. Tool wear is significant and increases the risk of tool breakage. Excessive cutting forces damage the material and can result in thermal deformations, cracks and rough surfaces, which can cause damage to tools and necessitate reworking. Once again, monitoring of cutting forces is the means of choice to check for rapid tool wear and prevent tool breakage. 

Cost-efficient solution from Kistler:

For this purpose, we integrate a piezoelectric force sensor directly under the bolt that secures the turret housing on the slide in order to measure the moment transferred to the bolt by the cutting forces. This system is especially suitable for rough machining processes, where the cutting forces are high enough to be transferred within the machine structure and measured relatively by the sensor. The precision of this kind of measurement is mainly dependent on the stiffness of the structure and the magnitude of the cutting forces. Thanks to the highly sensitive piezo technology, even the smallest changes in the process can be recorded.

Advantages of process monitoring and tool monitoring in CNC machining centers with tool turrets through the integration of piezoelectric force sensors:

  • Reduction of tool costs thanks to optimized tool lifetimes 
  • Less scrap and higher, more uniform quality of workpieces
  • Minimization of machine downtime

Force sensor

Force sensors with different sizes and force-measuring ranges for integration underneath machine fastening elements

Explore force sensors

Force sensors

Force sensors with different sizes and force-measuring ranges for integration under the bolt that secures the turret housing onto the slide 

Explore force sensors

Systems for machine monitoring and tool monitoring in single-purpose machines for turning, drilling, and milling

Detecting tool wear, avoiding tool breakage

One method for monitoring the tool status in single-purpose machines is the integration of piezoelectric strain sensors and force sensors into the machine structure. Cutting forces cause strain in the machine structure. Depending on the positioning and how the forces acting on the machining point are transferred to the machine structure, this strain can be monitored very well in relative terms via highly dynamic measurement using piezoelectric sensors. An increase in cutting forces results in greater strain in the structure of the machine. This, in turn, allows us to draw conclusions about the degree of tool wear or anomalies in the machining process. The system is easy to retrofit on existing systems. 

Advantages of machine monitoring and tool monitoring in single-purpose machines through the integration of strain and force sensors: 

  • Extension of tool lifetimes 
  • Minimization of machine downtime
  • Machine stoppage in the case of process deviations
  • Material batch comparison and monitoring
  • Separation of potential scrap parts

Force sensor / strain sensor

Force sensors and strain sensors with different sizes and force-measuring ranges for integration into or onto machine structures


Force sensor / strain sensor

Force sensors and strain sensors with different sizes and force-measuring ranges for integration into or onto machine structures

Measurement technology for tool monitoring and process monitoring for manufacturers of machine tools – collaborative partnership with Kistler

Detecting tool wear, preventing tool breakage with integrated measurement solutions ex works – added value for end customers

When it comes to procuring a new machine tool for end customers, the ideal solution for monitoring the machining process and the tools themselves is often a fully integrated monitoring solution that requires no additional installation work and which displays measurement data directly in the machine control. Many machine tool manufacturers already offer corresponding solutions that tend to observe machining processes via active current monitoring of machine spindles. 

These kinds of systems are sufficient for a broad spectrum of applications. However, when it comes to workpieces with extremely small diameters and therefore the smallest force-measuring ranges, these solutions often reach their technological limits. As an expert development and technology partner, this is where we come in: with piezoelectric measurement solutions for machine tools – from early concept development to prototype testing all the way to market launch. 

Advantages of a collaboration to develop monitoring solutions in machine tools:

  • Benefit from Kistler’s expertise and core competency in the field of piezoelectric measurement technology
  • Draw on an extensive product range of generic sensors, load amplifiers and integration possibilities in machines

Collaborative development of innovative measurement solutions for integration into machine tools

Coverage of customer-specific requirements using Kistler’s entire generic measurement technology portfolio

Legend
  1. Broad portfolio of sensors for different measurands

  2. Components for signal transmission and machine integration

  3. Industrial charge amplifiers and data acquisition systems

  4. Data integration into the machine tool

Collaborative development of innovative measurement solutions for integration into machine tools

Coverage of customer-specific requirements using Kistler’s entire generic measurement technology portfolio

Legend:
  1. Broad portfolio of sensors for different measurands 

  2. Components for signal transmission and machine integration

  3. Dedicated processs monitoring systems

  4. Digital output signals to interact with the machine

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