工业 4.0 和 IIoT（工业物联网）计划取得成功的一个关键因素是加工中心甚至切削工具本身出现了更多更好的传感器。这些传感器提供的数据和连通性是“未来工厂”的基础。
阻尼 SilentTools+ 工具组件内的嵌入式传感器通过蓝牙进行通信，让操作员在钻孔深处有“眼睛和耳朵”。这对于长悬伸加工很有价值。但是，远非未来主义，今天有一系列“智能传感器”可供使用——收集数据并向操作员显示他们的机器和金属切削过程的健康状况。进化是通过越来越多地实现的精确测量零件的位置和成品零件的几何形状，以及过程中使用的工具的配置和控制。
制造工程部请多位行业专家评估基于传感器的切割控制系统的当前状态，并注视水晶球以帮助确定未来的机会。
现在和未来
在基于传感器的领域控制和优化，我们在从绘图板到成熟产品的连续体中处于什么位置？这个问题的答案是，“视情况而定。”
“对于基本测量和自适应控制，我们的学习曲线很好，”马波斯公司磨削产品经理 Frank Powell 说。（密歇根州奥本山）。 “机床可以配备各种过程中传感器和变送器。在第一级，这些传感器用于机器保护，因为系统的反应速度可以快 1000 倍比操作员更容易承受意外的力应变或潜在的碰撞。通过越来越精确地测量零件的位置和成品零件的几何形状，以及过程中使用的工具的配置和控制，技术正在进步。”
在工业方面山特维克可乐满（新泽西州费尔劳恩）的 Silent Tools 技术销售专家 Neil Munson 表示，刀具数字化制造技术 4.0 比成熟产品更接近绘图板。 “我们正处于行业范式转变的边缘。事实上，我们公司正在向基于传感器的智能切割工具迈出第一步，”他说。
BadAxe 智能工具装配和软件系统分析常驻振动频率模式，以消除机器启动期间的反复试验，并立即达到操作最佳点。BadAxe Tooling Solutions 的 Joe Volansky 有一点不同的看法。 Volansky 说：“产品已经过验证，并且沿着学习曲线很好地发展，并且可以以革命性的方式应用。” “在我们的案例中，我们正在推出一种基于成熟科学的铣削操作产品，它以一种全新的方式在机器物理学的边缘提出了解决方案。” BadAxe Tooling Solutions 是三个美国公司的联盟：Briney Tooling Systems（Bad Axe, MI）、Fullerton Tool Co.（Saginaw, MI）和 BlueSwarf LLC（State College, PA）。
“我的看法Okuma America Corp.（北卡罗来纳州夏洛特）的产品专家经理兼技术中心经理 Wade Anderson 说：“就发展而言，我们正处于曲线的中间。” “对于基本的设备效率和与外围设备通信的能力，有许多 of 现成的解决方案可以立即使用。然而，人工智能 (AI) 和增强现实 (AR) 技术正在不断涌现。”
现在，随着车间设备生成大量数据，新兴的Praemo（安大略省基奇纳）的工程副总裁 Andy Henderson 表示，Anderson 提到的技术是必不可少的。 “在自动化领域，自 1970 年代以来出现了非常‘物理’的演变，”亨德森说。 “下一个前沿领域是‘心智’进化——使用人工智能和机器学习 (ML) 为数据添加智能。在连续体上，这些技术已经成熟，并在个人和消费者空间（谷歌、亚马逊、Facebook 等）中不断使用。制造业内部的应用程序滞后，但使用这些技术的软件，如 Razor，正在帮助机械车间实现 AI 和 ML 的价值。”剃须刀是Praemo 产品连接到数据源、收集信息并提供见解和建议，以帮助用户采取先发制人的行动来减少设备停机时间、优化生产流程和管理风险。
传感器规则！
Rigibore 的 Zenith 是一个与机器控制相连的闭环系统，可确认何时钻孔工具有被自动调整到所需的数量。我们的行业专家都同意传感器发挥的关键作用。有一句古老的格言，“得到衡量的得到管理”。虽然不确定是谁说的（有人认为是开尔文勋爵，其他人是彼得德鲁克），但它强调了一个事实，即任何控制或优化机器的尝试都必须基于快速、准确和可靠的基础。关键接触点（切削刀具与工件的接触点）的数据。
从技术上讲，在当前对工业 4.0 产生兴趣之前很久就已经存在成功收集、分发和分析自适应控制数据的技术和工业物联网。从历史上看，过程中测量设备的历史可以追溯到 60 多年前（例如，Mario Possati 用于在研磨过程中检查零件的量规）。然而，传感器的重大进步最近才出现。
最新技术
其中一项进步是一种可自动补偿切削刃磨损的镗刀。 “无论 CNC 机床多么精密，它都无法自动补偿镗刀的切削刃磨损，”Rigibore Inc.（威斯康星州 Mukwonago）总裁 Anthony Bassett 说。 “我们的电池供电 ActiveEdge 工具可自动调整镗刀切削刃的加工过程尺寸。它使用无线技术远程调节多BadAxe Smart Tool 装配和软件系统在铣削领域开辟了新领域，在单个刀具上提供了多种切削刃直径，优化了工艺性能并消除了操作员干预的需要。据该公司称，BadAxe 用物理学代替了反复试验，以在机器启动时立即击中机器的“最佳位置”。通过测量机器、主轴、刀架和刀具的特定组合的固有振动频率模式，该公司的专利算法和分析计算出机器运行的最佳稳定区。结果是现成的，预先平衡和组装的刀架和刀具，以及针对单个机器优化的软件界面。
“每个人都知道振动和颤振是高速加工的主要限制因素，”BadAxe 的 Volansky 说。 “通常，运营商使用反复试验来找到合适的进给、速度、切割宽度和切割深度。在许多情况下，他们认为他们在性能方面遇到了瓶颈，而实际上，在存在更高金属去除率的反直觉设置中会发现无抖动操作。该设置由我们的产品从启动时立即定义，无论步进、全槽切割或拐角。波音幻影工厂、美国国防部等组织已证明，基础技术可以显着提高工作的投资回报率。”
BadAxe 正在为不同的机器和装配组合构建一个大型数据库。如果客户的机器不在数据库中，则可以进行一次性测试以确定其设置动态。
山特维克可乐满推出了 SilentTools+ 智能传感器，实现了从过程中传感器到工具内传感器的转变切割工具。 “SilentTools+ 是阻尼刀具解决方案，可提供对长悬伸加工机的深入了解Munson 说。
“在高科技设施中进行长悬伸加工非常具有挑战性，因为 [操作员] 希望控制整个过程到切削小费，”他说。 “我们在 SilentTools 中嵌入了传感器，这些传感器通过蓝牙与图形界面进行通信，这样操作员就可以在封闭的机器内部和孔的深处看到自己的眼睛和耳朵。此外，它还具有一项功能，可通过确定切削尖端何时位于中心来实现快速轻松的设置。”
使用 SilentTools+ 系统，可以监控刀具偏转、颤振、切削力、刀具负载和温度实时。 “由于对所有这些领域的深入了解，我们认为废品率将会降低，生产率将会提高，从而产生真正的节省，”Munson 补充道。
请提供信息！
虽然某些传感器输出仅供参考，但附加值 is 当传感器信号被处理并用于控制零件质量和工具状况时。制造商可以最大限度地减少刀具路径和加工时间，提高表面光洁度，最大限度地延长机器寿命，并高效地加工更具挑战性的零件，例如具有复杂几何形状、薄壁、空心圆柱和细长轴的零件。
Anderson 说， “Okuma 监控系统是良好的开端。它允许多达 64 种不同的输入，可以根据特定过程的需要进行定制。我们的客户已经能够测量机器停机时间并分析 OEE [整体设备效率] 数据，以确定当操作员在别处忙碌时关闭机器是一件简单的事情。通过使用监控系统，操作员 [可以被提醒] 有一个潜在的问题即将到来，预防措施可以避免。”
Praemo 的 Henderson 认为，制造成功的道路最终要经过山工具生成的数据rating在金属切削应用。 “这些数据是用于优化的宝贵‘原材料’，”他说。 “我们的 Razor 软件中用于分析数据的算法可以筛选大量数据，以找到电子表格人类永远无法发现的相互关系和模式。 AI 和 ML 技术用于开发模型，帮助操作员和管理人员快速得出明确的结论，并根据数据驱动的结论采取行动。虽然智能是人工的，但它非常接近于模仿制造业世界中人类处理事物的方式。唯一的区别是它不会被海量数据淹没。收集的数据时间越长，收集的数据越多，Razor 学到的东西就越多。”
久经考验的能力
今天的系统已经证明了它们维持切割过程的能力，预测什么时候发生不对并通知操作员或机器采取 cMarposs 的 Powell 表示，采取纠正措施。 “只通知或采取自动行动的决定由客户决定，”他说。 “从技术上讲，我们有很多自动控制功能，但在某些情况下并没有被利用。”
Marposs 的一个名为 BLÚ 的新系统是 50 多年在磨床和其他方面经验的结晶机械工具。它将所有机床监控和过程控制应用程序结合在一个系统中，用于实时工具和过程监控、自适应控制和崩溃缓解以及快速处理和采样时间。 Powell 说，“BLÚ 旨在与机床几乎无缝集成，以在任何模式下为操作员提供帮助：设置、手动或自动。”
系统的核心是安装在机床内部的主节点机柜。它具有总线结构，可以插入其他节点进行在机测量，声发射监测，whel 平衡（磨削）、退刀和其他功能。
据 Rigibore 的 Bassett 介绍，Zenith 系统是一个用于镗孔操作的闭环自动系统。 “传统系统是纯机械的，没有对镗床的连续反馈，”他说。 “Zenith 向机器控制提供反馈，以确认工具已调整到所需的量。这种位置传感器反馈可防止加工不良零件。”
这项技术能带我们走多远？
据山特维克可乐满称，SilentTools+ 系统实时传输有关刀具偏转、颤振、切削力、刀具负载和温度的数据，以减少废品并提高生产率。“我不一定看到数字化的终结游戏或自基于 nsor 的切削刀具解决方案，”山特维克可乐满的 Munson 说道。 “在现代机械车间和制造设施中，传感器和 IIoT 在切削工具中的使用将在未来 5 到 10 年内随着消费 [产品] 应用的发展而变得更加普遍。对我们来说，自然的进步是将我们的 SilentTools+ 集成到 CNC 机械的控制中。今天，它是一个具有实时过程视图的独立系统。我们正在与机床制造商和 CAM 软件合作伙伴合作，从独立系统转向机器控制和过程集成。”
Okuma 的 Anderson 表示同意。 “技术，最重要的是技术的实施，将催生新技术，”他说。 “很多年前，我认为汽车中的自动防眩光后视镜很荒谬。现在，我不会买没有的车。以类似的方式，在我们的行业中，新技术将有助于开发新市场或替代的进步。”
马波斯的鲍威尔同意，永远不应该有终结游戏。 “我认为监控所有关键参数和变量的技术已经到位，”他说。 “当然，有些地方可以改进，我们每天都在努力开发更快、更灵敏的传感器，以及可以更快、更智能地处理传感器数据的软件。在 10 年内，我相信至少会有一个改变游戏规则的人，一项技术突破，可以使机械车间更有效率、更高产。当游戏规则改变时，我们会随之改变。”
BadAxe 的 Volansky 认为他的公司现在有一个改变游戏规则的人。 “发展的步伐正在加快，”他说。 “客户不想等待 5 年或 10 年。我们的产品重新定义了效率并帮助机床在物理极限下运行。不过，我们的下一步将是删除通过将我们专有的振动传感和数据分析直接嵌入到机器及其逻辑中，我们的工具装配从等式中脱颖而出。”这样一来，机器将仅在最优化的状态下运行，无需操作员反复试验，他补充说。
正如 Rigibore 的 Bassett 所说，“我们的一些开发目标是自动订购硬质合金使用 CNC 控制的工具，减少操作员干预的转变，从一个中心位置进行的调整，以及在另一个过程运行时将实体模型输入 CNC 机器。我们今天面临的主要限制是不同 CNC 机器制造商和机器控制器制造商之间的不兼容性和缺乏标准。” Bassett 总结道，最终，专有方法将限制增长，并且对于想要轻松添加新功能的客户来说最终成本更高。
根据 Praemo 的 Henderson 的说法，有些人将熄灯制造定义为：没有人为干预，作为最终游戏。 “就我个人而言，我认为熄灯类似于对世界和平的追求，”他说。 “对于制造业来说，这是一个很吸引人去争取的概念，但在很多情况下是无法实现的。内置于工具和工具网络中的传感器；无缝收集、组织和分析数据的软件；联网成为工厂智能来源的机床让我们离熄灯工厂更近了一步。这并不意味着机器取代了人。它使他们可以自由地从事不那么琐碎、更令人满意并且绝对更有成效的工作。它类似于 CNC 的出现，它使加工中心的手动控制自动化。它让人们能够更安全、更高效地工作。”
