隨著生產(chǎn)自動(dòng)化程度的持續(xù)增長，對加工過程和機(jī)床的監(jiān)控也變得越來越重要。高邁特集團(tuán)舉辦的praxisFORUM+ (實(shí)踐論壇) 將最終客戶、機(jī)床、操作系統(tǒng)和自動(dòng)化系統(tǒng)制造商組織在了一起，共同探討了目前的監(jiān)控方式和對現(xiàn)狀以及未來挑戰(zhàn)的分析。我們得到的共識是：保證穩(wěn)定的加工過程能得到更大的收益，除了能帶來更長的刀具壽命和更少的人員配置，當(dāng)加工過程處于理想的控制下，甚至產(chǎn)品設(shè)計(jì)都能突破更大的極限。
德國MTU 航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司，為勞斯萊斯（Rolls Royce）, 普惠（Pratt & Whitney） 和通用（ GE） 等公司提供要求最嚴(yán)格的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的數(shù)個(gè)供應(yīng)商之一，有一個(gè)非常特別的原因需要進(jìn)行加工過程監(jiān)控：這家公司想要擴(kuò)展其產(chǎn)品設(shè)計(jì)的極限。在MTU 負(fù)責(zé)加工過程監(jiān)控系統(tǒng)的馬丁·?？怂固共┦?，最近在高邁特組織的實(shí)踐論壇上闡述了他們的策略－為了制造出更輕的發(fā)動(dòng)機(jī)，需要制定出一個(gè)極限范圍。因此需要對生產(chǎn)中導(dǎo)致了損壞的公差范圍做出評估報(bào)告。馬丁·?？怂固共┦刻岢?，“當(dāng)達(dá)到某個(gè)極限值時(shí)，必須要開始進(jìn)行一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評估”。“設(shè)計(jì)者必須要論證我們?yōu)榧庸み^程建立什么樣安全等級，因?yàn)槲覀兊墓ぷ鞣浅？拷鼧O限。而加工過程監(jiān)控系統(tǒng)就是一種解決方案。”
在德國亞琛工業(yè)大學(xué)機(jī)床研究室（WZL），Dražen Veselovac 博士領(lǐng)導(dǎo)了生產(chǎn)和加工過程監(jiān)控小組，將生產(chǎn)率、刀具壽命和成本之間的最佳平衡的需求視為一種非常重要的驅(qū)動(dòng)力。“整個(gè)行業(yè)都在尋求富有成效的穩(wěn)定的加工過程。我們在追求極限的道路上到底能走多遠(yuǎn)？” 在他看來，最基本的是要知道在加工過程中到底發(fā)生了什么。他相信，首先要理解加工過程，下一步建立加工過程監(jiān)控系統(tǒng)，然后才能對過程進(jìn)行調(diào)整。只能按照這樣的順序，沒有其他途徑。
刀具作為決定性的因素
MTU 在 慕尼黑的工廠為航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)高壓力壓縮機(jī)和其他部件。通常工件材料為鈦和鎳合金材料，比如 Inconel 718鎳鉻鐵合金?？蛻魧ΡＷC加工表面和零件邊緣的完整有很高的要求。據(jù) ?？怂固共┦空f，決定性的因素就是刀具磨損：“這是在加工過程中發(fā)生改變最大的因素。” 在航空行業(yè)，經(jīng)常會使用鍛造的零件，這種毛坯通常不會完全一樣。因此，兩個(gè)鍛造零件在加工過程中的刀具磨損可能相差達(dá) 30%。 當(dāng)材料的變化大到這樣的程度時(shí)，作為加工過程監(jiān)控系統(tǒng)，例如僅僅監(jiān)測主軸扭矩的話會得到很多錯(cuò)位信號。
嵌入式的監(jiān)控系統(tǒng)
通過與WZL 機(jī)床研究室的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的合作，馬丁·埃克斯坦 博士已經(jīng)研究出了一種算法用于在加工過程信號中補(bǔ)償材料的變化。數(shù)臺機(jī)床已經(jīng)裝備了包含這種算法的嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)。信號直接從機(jī)床的 Siemens 840D sl 操作系統(tǒng)中進(jìn)行讀取，因?yàn)?埃克斯坦博士并不想在機(jī)床上安裝額外的傳感器或設(shè)備。根據(jù)加工過程信號最終能得到刀具磨損趨勢，因此在實(shí)現(xiàn)無錯(cuò)誤加工后能夠執(zhí)行更加靠近極限的加工。“通過這項(xiàng)進(jìn)展，MTU 在航空行業(yè)里已經(jīng)從 FAA美國聯(lián)邦航空局得到了最高的評價(jià)。這給了我們一個(gè)很大的競爭優(yōu)勢。”?？怂固共┦孔髁朔浅M意的解釋。現(xiàn)在他正與他的團(tuán)隊(duì)將這些嵌入式的系統(tǒng)安裝到五軸加工中心，這將用于在新建的生產(chǎn)中心加工整體葉盤。MTU 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的一些供應(yīng)商也在使用這種系統(tǒng)。?？怂固共┦空f：“我們已經(jīng)使加工過程更加的可靠，并且沒有使用額外的傳感器。我們想用這個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)來明確的判定刀具磨損極限。” 毫無疑問，通過加工過程監(jiān)控系統(tǒng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)。
來自加工專家的加工過程監(jiān)控
KOMET BRINKHAUS 公司是精密刀具供應(yīng)商高邁特集團(tuán)下屬的一個(gè)子公司，開發(fā)了在機(jī)床操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加工過程監(jiān)控的系統(tǒng)。這些來自機(jī)床的數(shù)據(jù)包括刀具扭矩、主軸功率、機(jī)床各個(gè)軸的速度、刀具號工件號和程序號。通過讀取和分析這些數(shù)據(jù)，然后用于加工過程監(jiān)控。KOMET BRINKHAUS 公司的總經(jīng)理 Jan Brinkhaus 博士強(qiáng)調(diào)該系統(tǒng) “無需額外的傳感器！” 低缺陷水平、節(jié)省昂貴的刀具、更短的循環(huán)時(shí)間和始終如一的制造質(zhì)量要求 － 他認(rèn)為這些都是越來越多的公司尋求監(jiān)控加工過程的原因。
KOMET BRINKHAUS 公司的主要產(chǎn)品是 ToolScope 加工過程監(jiān)控系統(tǒng)，主要用于監(jiān)控加工過程、刀具磨損和自適應(yīng)控制。該系統(tǒng)有一個(gè)獨(dú)特的基于統(tǒng)計(jì)過程分析的自學(xué)習(xí)能力，比如使用六西格瑪策略監(jiān)控，被開發(fā)用于在快速加工過程中進(jìn)行監(jiān)控并實(shí)時(shí)調(diào)整適應(yīng)。
ToolScope 有一個(gè)專門的硬件集成到機(jī)床的控制柜里，自帶的存儲空間可以連續(xù)存儲數(shù)天的傳感器數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)可以收集實(shí)時(shí)的機(jī)床數(shù)據(jù)，同時(shí)還能連接外部傳感器 - 例如結(jié)構(gòu)噪音傳感器或加速度傳感器。Jan Brinkhaus 博士證實(shí)了一個(gè)趨勢，加工過程監(jiān)控與機(jī)床操作系統(tǒng)將進(jìn)行越來越深度的集成:“知道的更多，實(shí)現(xiàn)的效果更好。”
在他看來，保持軟件的人性化和易于操作是必須要考慮的挑戰(zhàn)。“雖然加工過程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析也能被上升到學(xué)術(shù)的角度，但機(jī)床的操作工仍然需要能夠理解該系統(tǒng)。” 最基本的是 CNC 操作者需要理解各種信號代表的含義。如果沒有保持溝通和認(rèn)同，系統(tǒng)可能不會被正確和持續(xù)的使用。
此外，根據(jù)客戶的需求來配置系統(tǒng)也非常重要，ToolScope 的人性化設(shè)計(jì)能夠很輕易地進(jìn)行配置。在與MTU 的合作中，經(jīng)馬丁·埃克斯坦博士測試后的算法也因此被成功地實(shí)施在了 ToolScope 系統(tǒng)中。
刀具破損動(dòng)態(tài)監(jiān)控
進(jìn)行加工過程監(jiān)控的任務(wù)之一就是刀具破損監(jiān)測。動(dòng)態(tài)監(jiān)控模塊可以進(jìn)行自動(dòng)的動(dòng)態(tài)的監(jiān)控。該系統(tǒng)通過刀具作用于工件材料的負(fù)載計(jì)算上極限和下極限，在一個(gè)新的加工過程的前幾秒會進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。如果另一批次的材料發(fā)生的變化，監(jiān)控的極限范圍會動(dòng)態(tài)的進(jìn)行調(diào)整。在加工過程中，檢測到的實(shí)時(shí)扭矩一旦超過極限范圍，系統(tǒng)就會識別出刀具發(fā)生了破損，并進(jìn)行警報(bào)或停機(jī)控制。
扭矩也是在自適應(yīng)控制中需要用到的參數(shù)。該模塊能在空切削和小余量加工時(shí)自動(dòng)提高加工效率，在與外部的振動(dòng)傳感器配合使用時(shí)還能進(jìn)行振動(dòng)和噪音控制。
不僅僅是刀具破損監(jiān)控
在進(jìn)行正確的使用后，加工過程監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)比刀具破損監(jiān)控更多的功能和意義。該系統(tǒng)能監(jiān)控刀具壽命優(yōu)化刀具利用率、機(jī)床碰撞監(jiān)控、機(jī)床狀況監(jiān)測甚至是提供能量監(jiān)控。ToolScope 就像一輛集成了各種先進(jìn)設(shè)備的賽車，好的車手才能發(fā)揮它的最大潛力。為了達(dá)到這樣的效果，高邁特集團(tuán)為不同的需求和專題提供持續(xù)的培訓(xùn)課程。同時(shí)，最佳的加工過程設(shè)置也被作為一種服務(wù)來提供。
高邁特集團(tuán)為客戶提供代表市場最高水準(zhǔn)的加工過程監(jiān)控系統(tǒng)和專業(yè)服務(wù)，以及包括精密刀具和監(jiān)控系統(tǒng)在內(nèi)的完整解決方案。■
