切削工具のセンサー ベース制御、工作機械は製図板から主流に移行

インダストリー 4.0 および IIoT (Industrial Internet of Things) イニシアチブの重要な成功要因は、マシニング センターや切削工具自体にさえ、より多くの、より優れたセンサーが出現したことです。これらのセンサーは、「未来の工場」の基盤となるデータと接続を提供します。

しかし、未来的なものではなく、今日利用可能なさまざまな「スマート センサー」があります。データを収集し、オペレーターにマシンと金属切削プロセスの状態を示します。この進化は、パーツの位置と完成パーツの幾何学的形状の測定精度の向上、およびプロセスで使用されるツールの構成と制御によって達成されます。

マニュファクチャリング エンジニアリングは、多くの業界の専門家に、センサーベースの切断制御システムの現状を評価し、将来の機会を特定するために水晶玉を注視するよう依頼しました。

現在と将来

センサーベースの制御と最適化の分野では、製図板から成熟した製品までの連続体のどこにいるのでしょうか?その質問に対する答えは、「場合による」です。

Marposs Corp. (ミシガン州オーバーンヒルズ) の研削製品の製品マネージャーである Frank Powell は、次のように述べています。 「工作機械には、さまざまなインプロセス センサーやトランスデューサーを装備できます。最初のレベルでは、これらのセンサーは機械の保護に利用されます。これは、システムが予期しない力の歪みや衝突の可能性に対してオペレーターよりも 1000 倍速く反応できるためです。この技術は、部品の位置と完成部品の幾何学的形状の測定の精度がますます向上し、プロセスで使用されるツールの構成と制御によっても進歩しています。」

インダストリー 4.0 に関して言えば、切削工具のデジタル製造技術は、成熟した製品よりもはるかに製図板に近いと、サンドビック コロマント (ニュージャージー州フェアローン) のサイレント ツールのテクニカル セールス スペシャリストであるニール マンソン氏は述べています。 「私たちは業界のパラダイムシフトの瀬戸際にいます。実際、当社ではセンサーベースのインテリジェントな切削工具への最初の飛躍を遂げています」と彼は言いました。

BadAxe Tooling Solutions の Joe Volansky 氏の見解は少し異なります。 「製品は実績があり、学習曲線に沿っており、革新的な方法で適用できます」と Volansky 氏は述べています。 「私たちの場合、実証済みの科学に基づいたフライス加工用の製品を導入しています。これは、機械物理学の最先端でまったく新しい方法でソリューションを提供します。」 BadAxe Tooling Solutions は、Briney Tooling Systems (Bad Axe、MI)、Fullerton Tool Co. (Saginaw、MI)、および BlueSwarf LLC (State College、PA) の 3 つの米国企業のアライアンスです。

Okuma America Corp. (ノースカロライナ州シャーロット) のプロダクト スペシャリスト マネージャー兼テック センター マネージャーであるウェイド アンダーソンは、次のように述べています。 「基本的な機器の効率と周辺機器との通信機能のために、すぐに使用できる既製のソリューションが多数あります。しかし、人工知能 (AI) と拡張現実 (AR) の技術はさらに発展途上にあります。」

Praemo (キッチナー、オンタリオ州) のエンジニアリング担当副社長である Andy Henderson 氏によると、製造現場の機器から膨大な量のデータが生成されているため、アンダーソン氏が言及する新進気鋭のテクノロジは不可欠です。 「自動化の世界では、1970 年代以降、非常に『物理的な』進化がありました」とヘンダーソンは言います。 「次のフロンティアは「精神的」進化であり、AI と機械学習 (ML) を使用してデータにインテリジェンスを追加します。継続的に、これらのテクノロジは成熟しており、個人および消費者のスペース (Google、Amazon、Facebook など) で継続的に使用されています。製造業内のアプリケーションは遅れをとっていますが、Razor のようなこれらのテクノロジを使用するソフトウェアは、マシン ショップが AI と ML の価値を実現するのに役立っています。」 Razor は、データ ソースに接続し、情報を収集し、ユーザーが機器のダウンタイムを削減し、生産プロセスを最適化し、リスクを管理するための予防措置を講じるのに役立つ洞察と提案された推奨事項を提供する Praemo 製品です。

センサーが支配！

当社の業界専門家は全員、センサーが果たす重要な役割に同意しました。 「測定されるものは管理される」という古い格言があります。誰が言ったのかは定かではありませんが (ケルビン卿やピーター・ドラッカーを示唆する人もいます)、機械を制御または最適化しようとする試みは、重要な接触点での迅速で正確で信頼できるデータに基づいている必要があるという事実を強調しています。切削工具がワークピースに接触します。

技術的に言えば、適応制御のためにデータを適切に収集、配布、分析する技術は、現在インダストリー 4.0 と IIoT が注目されるずっと前から利用可能でした。歴史的に、工程内測定機器はそのルーツを 60 年以上さかのぼることができます (たとえば、Mario Possati の研磨中に部品をチェックするためのゲージ)。ただし、センサーの主要な進歩はずっと最近のことです。

最近のテクノロジー

これらの進歩の 1 つは、刃先の摩耗を自動的に補正する中ぐり工具です。 Rigibore Inc. (ウィスコンシン州マクウォナゴ) の社長である Anthony Bassett 氏は次のように述べています。 「当社のバッテリ駆動の ActiveEdge ツールは、ボーリング工具の刃先のインプロセス サイジングを自動化します。ワイヤレス技術を使用して、1 つのツールで複数の刃先直径をリモートで調整し、プロセス パフォーマンスを最適化し、オペレーターの介入の必要性を排除します。」

BadAxe スマート ツール アセンブリおよびソフトウェア システムは、フライス加工領域の新しい領域を切り開いています。同社によると、BadAxe は、試行錯誤を物理学に置き換えて、起動時にすぐにマシンの「スイート スポット」に到達します。機械、スピンドル、ツールホルダー、およびツールの特定の組み合わせに対する固有の振動周波数パターンの測定値を使用して、同社の特許取得済みのアルゴリズムと分析により、機械が動作する最適な安定ゾーンが計算されます。事前にバランス調整され、組み立てられたツールホルダーとツール、および個々の機械用に最適化されたソフトウェア インターフェース。

「びびりとびびりが高速加工の主な制限要因であることは誰もが知っています」と、BadAxe の Volansky 氏は述べています。 「通常、オペレータは試行錯誤を繰り返して、適切な送り、速度、切断幅、および切断深さを見つけます。多くの場合、彼らは性能面で壁にぶつかったと考えていますが、実際には、はるかに高い金属除去率が存在する直観に反する設定でびびりのない動作が見られます.そのセットアップは、ステップ オーバー、フル スロット カット、またはコーナーに関係なく、起動直後に当社の製品によって定義されます。基礎となるテクノロジーは、ボーイング ファントム ワークス、米国国防総省などの組織によって、仕事の ROI を大幅に向上させることが証明されています。」

BadAxe は、さまざまな機械とアセンブリの組み合わせに関する大規模なデータベースを構築しています。顧客の機械がデータベースにない場合は、セットアップのダイナミクスを決定するために 1 回限りのテストを行うことができます。
インプロセス センサーからインツール センサーへの移行は、サンドビック コロマントが SilentTools+ インテリジェントを導入したことで実現しました。切削工具。 「SilentTools+ は防振ツーリング ソリューションであり、オペレータが通常盲目的に飛行する長い突出し量の機械加工プロセスに多大な洞察を提供します」とマンソン氏は述べています。

「[オペレーター] は切削チップに至るまでプロセスを制御したいため、ハイテク施設での突出し量の長い機械加工は困難です」と彼は言いました。 「私たちは SilentTools 内に埋め込まれたセンサーを Bluetooth 経由でグラフィックス インターフェイスと通信するので、オペレータは密閉された機械の内側とボアの奥深くに目と耳を持っています。さらに、刃先が中心にあることを判断して、すばやく簡単にセットアップできる機能があります。」

SilentTools+ システムを使用すると、工具のたわみ、びびり、切削力、工具負荷、および温度がリアルタイムで監視されます。 「これらすべての領域に対する洞察により、スクラップ率が低下し、生産性の向上が実現され、実際の節約がもたらされると考えています」とマンソン氏は付け加えました。

情報ください!

一部のセンサー出力は情報提供のみを目的としていますが、付加価値は、センサー信号が処理され、部品の品質とツールの状態を制御するために使用される場合に得られます。製造業者は、ツールパスと加工時間を最小限に抑え、表面仕上げを改善し、機械の寿命を最大化し、複雑な形状、薄肉、中空シリンダー、細いシャフトなどのより困難な部品を効率的に加工できます。

アンダーソン氏は次のように述べています。プロセス固有のニーズに合わせてカスタマイズできる最大 64 の異なる入力が可能です。機械のダウンタイムを測定し、OEE [総合設備効率] データを分析して、オペレータが別の場所で作業を停止しているときに単純な理由で機械が停止していたことを特定できたお客様がいます。監視システムを使用することで、オペレーターは、予防措置によって回避できる潜在的な問題が発生していることを[警告することができます]。」

Praemo の Henderson 氏は、製造の成功への道は、最終的に金属切削アプリケーションでツールが生成するデータの山を通り抜けると考えています。 「これらのデータは、最適化のための貴重な『原材料』です」と彼は言いました。 「当社の Razor ソフトウェアでデータを分析するためのアルゴリズムは、膨大な量のデータをふるいにかけて、スプレッドシートを使用する人間が決して明らかにすることのない相互関係とパターンを見つけることができます。 AI と ML テクノロジーを使用して、オペレーターとマネージャーが明確な結論に非常に迅速に到達し、データ主導の結論に基づいて行動を起こすのに役立つモデルを開発します。知能は人工的なものですが、製造業の人間が物事にアプローチする方法を非常によく模倣しています。唯一の違いは、大量のデータに圧倒されないことです。データが収集される時間が長くなり、データが収集されるほど、Razor はより多くのことを学習します。」

実証済みの能力

マーポスのパウエル氏によると、今日のシステムは切断プロセスを維持する能力を証明しており、何かが正しくないことを予測し、オペレータまたは機械に是正措置を取るよう通知します。 「通知のみを行うか、自動アクションを実行するかの決定は、顧客が決定します」と彼は言いました。 「技術的には、自動制御のための多くの機能があり、場合によっては活用されていません。」

BLÚ と呼ばれるマーポスの新しいシステムは、研削盤やその他の工作機械に関する 50 年以上の経験の成果です。工作機械の監視とプロセス制御のすべてのアプリケーションを 1 つのシステムに組み合わせて、リアルタイムのツールとプロセスの監視、適応制御、クラッシュの軽減を高速な処理とサンプリング時間で実現します。 Powell 氏は次のように述べています。「BLÚ は工作機械とほぼシームレスに統合できるように設計されており、セットアップ、手動、自動のいずれのモードでもオペレータを支援します。」

システムの心臓部は、マシン キャビネット内に収容されたマスター ノードです。オンマシン測定、アコースティック エミッション モニタリング、ホイール バランシング (研削)、ツール リトラクション、およびその他の機能のために他のノードをプラグインするためのバス構造を備えています。

Rigibore の Bassett 氏によると、Zenith システムはボーリング作業用の閉ループ自動システムです。 「従来のシステムは、中ぐり盤への継続的なフィードバックがなく、純粋に機械的です」と彼は言いました。 「Zenith はマシン制御にフィードバックを提供し、ツールが目的の量だけ調整されたことを確認します。この位置センサーのフィードバックにより、不良部品の加工が防止されます。」

このテクノロジーでどこまで行ける?

サンドビック・コロマントのマンソン氏は、「デジタルまたはセンサーベースの切削工具ソリューションが終焉を迎えるとは必ずしも思えません。 「現代の機械工場や製造施設では、センサーや切削工具での IIoT の使用は、今後 5 年から 10 年で、消費者 [製品] アプリケーションの道をたどり、より普及するでしょう。私たちにとって自然な流れは、SilentTools+ を CNC 機械の制御に統合することです。現在、これはライブ プロセス ビューを備えたスタンドアロン システムです。私たちは工作機械メーカーや CAM ソフトウェア パートナーと協力して、スタンドアロン システムから機械制御およびプロセス統合に移行しています。」

大隈のアンダーソンも同意見。 「テクノロジー、そして最も重要なことに、テクノロジーの実装は、新しいテクノロジーを生み出します」と彼は言いました。 「何年も前に、車の自動防眩バックミラーはばかげていると思っていました。今では、車なしでは車を購入しません。同様に、私たちの業界では、新しいテクノロジーが代替の進歩のための新しい市場を開拓するのに役立ちます。」

マーポスのパウエルは、決してエンドゲームがあってはならないことに同意しました。 「すべての重要なパラメーターと変数を監視するための技術が整っていると思います」と彼は言いました。 「確かに、改善できる領域はあります。私たちは、より高速で高感度のセンサーと、センサー データをより迅速かつインテリジェントに処理できるソフトウェアの開発に日々取り組んでいます。 10 年以内に、マシン ショップの効率と生産性を向上させる技術的なブレークスルーであるゲームチェンジャーが少なくとも 1 つ登場すると確信しています。ゲームが変わるとき、私たちもそれに合わせて変化します。 「開発のペースは加速しています」と彼は言いました。 「顧客は5年も10年も待ちたがりません。私たちは、効率を再定義し、工作機械が物理的限界で動作するのを助ける製品を持っています。しかし、私たちの次のステップは、独自の振動センシングとデータ分析をマシンとそのロジックに埋め込むことで、ツール アセンブリを方程式から取り除くことです。」このようにして、マシンはオペレーターが試行錯誤することなく、最も高度に最適化された状態でのみ動作する、と彼は付け加えました.

Rigibore の Bassett 氏は次のように述べています。別のプロセスが実行中です。今日私たちが直面している主な限界は、さまざまな CNC マシン メーカーとマシン コントローラー メーカーの間の非互換性と標準の欠如です。」最終的に、独自のアプローチは成長を制限し、新しい機能を簡単に追加したい顧客にとって最終的にはより高価になるとバセットは結論付けました.

Praemo の Henderson 氏によると、人が介在しない完全自動製造を終局と定義する人もいます。 「個人的には、消灯は世界平和への探求に似ていると考えています。 「製造業にとって、それは努力するのに魅力的な概念ですが、多くの状況では達成できません。ツールおよびツール ネットワークに組み込まれたセンサー。データをシームレスに収集、整理、分析するソフトウェア。工場のインテリジェンスのソースにネットワーク化された工作機械は、私たちを無人工場に近づけます。これは、機械が人間に取って代わるという意味ではありません。それは彼らを解放し、より単純で、より満足のいく、そして間違いなくより生産的な仕事をするようにします.これは、マシニング センターの手動制御を自動化した CNC の出現に似ています。これにより、人々はより安全に、より生産的に作業できるようになりました。」