Systemy pomiarowe do monitorowania narzędzi

Zintegrowanie niezwykle czułych piezoelektrycznych czujników siły bezpośrednio w uchwycie narzędzia tokarek typu szwajcarskiego do mikroobróbki – blisko krawędzi skrawającej narzędzia, gdzie działająca siła jest największa – pozwala na precyzyjny, wysokorozdzielczy pośredni pomiar sił skrawania w całym procesie obróbki, od obróbki zgrubnej aż po wykańczającą.

Nasze rozwiązanie do mikroobróbki, dostosowane do konkretnych zastosowań, opiera się na „jednostce liniowej” systemu szybkiej wymiany narzędzi Piezo Tool System (PTS linear), opracowanego we współpracy z firmą Paul Horn GmbH. Przemyślane rozmieszczenie czujników między interfejsem maszyny a płytą bazową pozwala zachować zalety szybkiej wymiany narzędzi. Jednocześnie czujniki mogą monitorować różnorodne uchwyty narzędziowe.

Pomiar siły skrawania w czasie rzeczywistym ekstremalnie małych sił skrawania w mikroobróbce generuje krytyczne dane o wysokiej rozdzielczości. Umożliwia to wychwycenie nawet najmniejszych wahań siły skrawania i drgań, które mogą wskazywać na odchylenia w procesie obróbki wynikające ze zużycia narzędzia. Pomiar siły skrawania za pomocą PTS pozwala operatorom maszyn na interwencję w odpowiednim czasie (zatrzymanie maszyny), zanim dojdzie do uszkodzenia w wyniku zużycia lub pęknięcia narzędzia.

Nasze rozwiązanie do monitorowania narzędzi w wysoce zautomatyzowanych tokarkach CNC lub tokarkach wielowrzecionowych z obrotowymi systemami narzędziowymi, dostosowane do konkretnych zastosowań, opiera się na uchwytach narzędziowych Piezo Tool System (PTS) opracowanych przez Paul Horn GmbH i wyposażonych w zintegrowany piezoelektryczny czujnik siły Kistler. W systemach obrotowych telemetryczny system pomiarowy (TMS) przesyła sygnały z obracającego się elementu maszyny.

Szeroka gama systemów uchwytów narzędziowych PTS do różnorodnych zastosowań tokarskich umożliwia pomiar sił skrawania i wykrywanie najmniejszych wahań siły, które mogą wskazywać na odchylenia w procesie obróbki wynikające ze zużycia narzędzia. Pomiar siły skrawania w czasie rzeczywistym za pomocą systemu PTS umożliwia interwencję (zatrzymanie maszyny) w trwających procesach toczenia na centrach obróbczych CNC z odpowiednim wyprzedzeniem, zanim dojdzie do uszkodzenia w wyniku zużycia lub pęknięcia narzędzia – od obróbki zgrubnej po wykańczającą.

Wymiana narzędzi podczas obróbki zgrubnej detali na maszynach CNC z głowicami rewolwerowymi to szybki proces, który wiąże się z dużymi siłami skrawania. Zużycie narzędzi jest znaczne i zwiększa ryzyko ich pęknięcia. Nadmierne siły skrawania uszkadzają materiał i mogą prowadzić do odkształceń termicznych, pęknięć i chropowatości powierzchni, co z kolei może prowadzić do uszkodzenia narzędzi i konieczności ich ponownej obróbki. Ponownie, monitorowanie sił skrawania jest metodą z wyboru, pozwalającą kontrolować szybkie zużycie narzędzi i zapobiegać ich pękaniu.

Ekonomiczne rozwiązanie firmy Kistler:

W tym celu zintegrowaliśmy piezoelektryczny czujnik siły bezpośrednio pod ryglem, który mocuje obudowę głowicy rewolwerowej na zamku, aby mierzyć moment przenoszony na rygiel przez siły skrawające. System ten jest szczególnie odpowiedni do obróbki zgrubnej, gdzie siły skrawania są na tyle duże, że mogą być przenoszone wewnątrz konstrukcji maszyny i mierzone relatywnie przez czujnik. Dokładność tego rodzaju pomiaru zależy głównie od sztywności konstrukcji i wielkości sił skrawających. Dzięki wysoce czułej technologii piezoelektrycznej możliwe jest rejestrowanie nawet najmniejszych zmian w procesie.

Zalety monitorowania procesu i monitorowania narzędzi w centrach obróbczych CNC z głowicami rewolwerowymi dzięki wbudowaniu piezoelektrycznych czujników siły:

• Redukcja kosztów narzędzi dzięki zoptymalizowaniu ich żywotności
• Mniej odpadów i wyższa, bardziej jednolita jakość obrabianych elementów
• Minimalizacja przestojów maszyn

Jedną z metod monitorowania stanu narzędzia w maszynach jednozadaniowych jest integracja piezoelektrycznych czujników tensometrycznych i czujników siły z konstrukcją maszyny. Siły skrawania powodują naprężenia w konstrukcji maszyny. W zależności od pozycjonowania i sposobu, w jaki siły działające na punkt obróbki są przenoszone na konstrukcję maszyny, naprężenia te można bardzo dokładnie monitorować w ujęciu względnym poprzez wysoce dynamiczny pomiar za pomocą czujników piezoelektrycznych. Wzrost sił skrawania powoduje większe naprężenia w konstrukcji maszyny. To z kolei pozwala na wyciąganie wniosków na temat stopnia zużycia narzędzia lub anomalii w procesie obróbki. System można łatwo zmodernizować w istniejących systemach.

Zalety monitorowania maszyn i narzędzi w maszynach jednofunkcyjnych poprzez integrację czujników odkształcenia i siły:

• Wydłużenie żywotności narzędzi
• Minimalizacja przestojów maszyn
• Zatrzymanie maszyny w przypadku odchyleń od procesu
• Porównanie i monitorowanie partii materiałów
• Oddzielanie potencjalnie wadliwych produktów

W przypadku zakupu nowej obrabiarki dla klienta końcowego, idealnym rozwiązaniem do monitorowania procesu obróbki i samych narzędzi jest często w pełni zintegrowane rozwiązanie do monitorowania, które nie wymaga dodatkowych prac instalacyjnych i wyświetla dane pomiarowe bezpośrednio w sterowniku maszyny. Wielu producentów obrabiarek oferuje już podobne rozwiązania, które zazwyczaj monitorują procesy obróbki poprzez aktywny monitoring prądu wrzecion obrabiarki.

Tego rodzaju systemy są wystarczające dla szerokiego spektrum zastosowań. Jednak w przypadku elementów o bardzo małych średnicach, a tym samym najmniejszych zakresach pomiaru siły, rozwiązania te często osiągają swoje ograniczenia technologiczne. Jako ekspert w dziedzinie rozwoju i technologii, właśnie tutaj wkraczamy do akcji: oferując piezoelektryczne rozwiązania pomiarowe dla obrabiarek – od wczesnego etapu opracowywania koncepcji, poprzez testowanie prototypów, aż po wprowadzenie produktu na rynek.

Zalety współpracy w zakresie opracowywania rozwiązań monitorujących w obrabiarkach:

• Skorzystaj z wiedzy specjalistycznej i podstawowych kompetencji firmy Kistler w dziedzinie piezoelektrycznej technologii pomiarowej.
• Skorzystaj z szerokiej gamy czujników, wzmacniaczy oraz gotowych rozwiązań integracji z maszynami.

Współpraca w zakresie opracowywania innowacyjnych rozwiązań pomiarowych do integracji z obrabiarkami

Spełnienie specyficznych wymagań klienta przy użyciu całego portfolio technologii pomiarowych firmy Kistler

Legenda

1. Szerokie portfolio czujników do pomiaru różnych wielkości fizycznych

2. Komponenty do transmisji sygnałów i integracji z maszynami

3. Przemysłowe wzmacniacze ładunku i systemy akwizycji danych

4. Integracja danych z obrabiarką

Wspólne opracowywanie innowacyjnych rozwiązań pomiarowych do integracji z obrabiarkami.

Spełnianie wymagań klientów dzięki pełnej ofercie ogólnych technologii pomiarowych firmy Kistler.

Legenda:

1. Szeroka oferta czujników do pomiaru różnych wielkości fizycznych

2. Komponenty do transmisji sygnałów i integracji z maszynami

3. Dedykowane systemy monitorowania procesów

4. Cyfrowe sygnały wyjściowe do interakcji z maszyną