Real-time Snijkmachtmonitoring Verbetert Precisie & Efficiëntie

Afbeelding 1. Snijkrachten bij bewerking kunnen indirect met hoge nauwkeurigheid gemeten worden, door piezo-elektrische straksensoren toe te passen zoals de 9232A van Kistler. (Afbeelding: Kistler Group)

Hoge productiviteit, lage productiekosten, en hoge werkstukkwaliteit: dit zijn de cruciale factoren die duurzaamheid, winstgevendheid en concurrentievoordeel leveren voor industriële fabrikanten. Betrouwbare machinemonitoring levert waardevolle real-time inzichten in lopende processen; het is de basis voor betrouwbare, productieve en reproduceerbare productie en helpt machineoperators om weloverwogen beslissingen te nemen over zowel korte- als lange-termijn verbeteringen. Deze technologie kan zelfs afwijkingen in hoogdynamische bewerkingsprocessen vastleggen, zodat gebruikers direct kunnen reageren om hoge productiviteit te garanderen, schrotpercentages te verlagen, en toollevensduur te verlengen. Dankzij al deze voordelen is continue machine- en procesmonitoring gebaseerd op geschikte sensortechnologie een cruciale succesfactor in de hedendaagse productie-industrie.

Machinemonitoring met PE Straksensoren

Machinemonitoring oplossingen van Kistler Group, Winterthur, Zwitserland, hebben sensoren die geïntegreerd kunnen worden in de mechanische en elektrische omgeving van een machine. Echter, alleen die sensoren die daadwerkelijk noodzakelijk zijn, worden op gedefinieerde posities in de machine geïnstalleerd. Deze benadering minimaliseert zowel de complexiteit als de kosten van het machinemonitoringssysteem, hoewel integratie van de sensoren in de mechanische en elektrische structuren van de machine nog steeds uitdagend kan zijn.

Sensortype en positie zijn cruciale succesfactoren bij het vastleggen van hoogdynamische processen met maximale nauwkeurigheid. De sensor moet dicht bij het snijpunt geplaatst worden zodanig dat het niet interfereert met het bewerkingsproces, maar tegelijkertijd niet blootgesteld mag zijn aan andere invloeden dan de daadwerkelijke snijactie. Monitoring van snijkrachten speelt een cruciale rol in het garanderen van stabiele bewerkingsoperaties die nodig zijn voor het produceren van strak-tolerante componenten. Gebruikers die kiezen voor machinemonitoring oplossingen van dit type kunnen ook stappen zetten naar autonome bewerking en hun totale bewerkingskosten verminderen.

Eén manier om de snijkrachten vast te leggen is door de deformatiekrachten te meten die op de machine tool structuur werken. Dit kan bereikt worden met piezo-elektrische oppervlakte straksensoren bevestigd aan, of geïntegreerd in, de machinestructuur. In een recent project met MINGANTI GLOBAL AB, Lidköping, Zweden, werden verticale draaibanken uitgerust met een geïntegreerde Kistler PE oppervlakte straksensor 9232A, die de hoge gevoeligheid biedt nodig om zowel trek- als drukstrakken op een oppervlak te meten dankzij een meetbereik van ±600 microstrain (με).

Indirecte Snijkmachtmeting Dicht Bij De Snijrand

Afbeelding 2. De ram van de machine waar de snijgereedhouders geklemd zijn. (Afbeelding: Kistler Group)

Dit machinemonitoringssysteem is bedoeld om hoge tool-slijtage en tool-breuk te detecteren en de machine te stoppen in geval van crashes. Ook, zodra krachtcontrole gevestigd is op basis van nauwkeurige meetdata, kan het gebruikt worden om profielnauwkeurigheid te monitoren en te verbeteren. De grote radiale krachten die optreden bij hard draaien veroorzaken elastische deformatie van de ram die de snijgereedhouders draagt. De deformatie is erg klein, en kan gedeeltelijk gecompenseerd worden door de machine control unit. Maar zelfs zo is het nog groot genoeg om vastgelegd te worden door een straksensor met goede nauwkeurigheid gelegen heel dicht bij de snijrand.

Machinemonitoring kan ook gebaseerd zijn op machinesignalen, maar in deze applicatie hangt de kwaliteit af van zowel het machinetype als de slijtagestaat. Machinesignalen tonen soms afwijkingen die niet gerelateerd zijn aan het snijproces, dus ze zijn niet voldoende voor een machine controlsysteem dat tool-slijtage of productkwaliteit target.

Minganti en Kistler besloten een tweede sensor te installeren om de machinemonitoringoplossing te completeren. Dit biedt een zekere redundantie, en rekening houdt met de hoge kosten van onderdelen. Voor dit doel werd een 8274A eenasige piezo-elektrische accelerometer van Kistler additioneel in de ram geïntegreerd. Het complementeert de kracht (strak) metingen door hogere-frequentie metingen te leveren zodat plotselinge procesveranderingen gedetecteerd kunnen worden. Beide sensorinputs worden verwerkt met een digitale ladingversterker, die verbonden is met de machine control via PROFINET. Een van de grote voordelen van deze ladingversterker is dat gebruikers automatisch laag- en hoogdoorlaatfilters kunnen uitvoeren, wat het gemakkelijk maakt om te focuseren op het hoogdynamische deel van het signaal.

Hoge Oppervlakteprofielnauwkeurigheid Bereiken – Zonder Extra Inspanning

Afbeelding 3. Het diagram toont goede correlatie tussen het kracht (strak) signaal van de Kistler straksensor (bovenste plot) en de oppervlakteprofielmeting na snijden (onderste plot). (Afbeelding: Kistler Group)

Het uitgebreide machinemonitoringssysteem wordt gebruikt om tool-slijtage te monitoren, tool-breuk te detecteren, en machine crashes te detecteren en te controleren. Het leert automatisch de reguliere signaalniveaus en monitort dan veranderingen om afwijkingen te detecteren. Dit stelt operators in staat om noodzakelijke acties te initiëren zoals toolwissels, machinestops, en anderen. Tool-falen (breuken, snijden uitputting, etc.) kunnen veroorzaakt worden door diverse redenen waaronder onjuiste snijdata geladen in de numerieke controle, lage snijrandkwaliteit, verkeerde koelmiddeldruk, of ringen die te ovaal zijn, wat leidt tot grote veranderingen in snijdiepte met elke rotatie. Wanneer dergelijke fouten optreden, is hun effect duidelijk zichtbaar in zowel de kracht- als trillingssignalen.

Een van de belangrijkste kwaliteitsparameters voor lagercomponenten is de profielnauwkeurigheid ('rechtlijnigheid') van de oppervlakken. Deze parameter beïnvloedt de wrijving tussen de walselementen en de ringen in een lager. Het handhaven van strakke toleranties (3 - 6 μm) op een groot formaat ring (1 tot 2 meter in diameter) is een uitdagend aspect van het hard draaiproces, waarom veel lagerfabrikanten slippen of honen als extra stap uitvoeren. Het Kistler machinemonitoringssysteem kan indirect de strak (deformatie) van de tool meten, zodat de profielnauwkeurigheid (vormafwijking) duidelijk zichtbaar is op het strak (indirecte kracht) signaal. Het krachtsignaalinput kan direct gebruikt worden tijdens de draaioperatie om snijcondities te veranderen met behulp van gesloten-lus controle, zodat deformaties gecompenseerd kunnen worden.

Het Belang van Nauwkeurige Machinemonitoring Voor Nauwkeurige Bewerking

Hoewel monitoring van machinesignalen informatie kan geven over operatieve condities, kan het issues indiceren die niet direct gerelateerd zijn aan de nauwkeurigheid van de daadwerkelijke bewerking. Zoals we in dit artikel beschreven, heeft Kistler methoden, zoals strakjauges en accelerometers, die het snijproces direct monitoren. Monitoring van snijkrachten speelt een cruciale rol in het garanderen van de stabiele bewerkingsoperaties die nodig zijn voor het produceren van strak-tolerante componenten. Nauwkeurige meting van snijkrachten is een belangrijke stap in het handhaven van profielnauwkeurigheid, zei Marcus Caldana, President van Minganti Global AB.

Dit artikel werd geschreven door Buelent Tasdelen, Business Development Manager bij Kistler. Voor meer informatie, ga hier.