切削振动监控方案让CNC加工机更智能

发布时间：2018-07-04 www.cechina.cn

　　现今智能手机已从之前的塑料后盖，转变为轻薄的金属机身，尽管利落的外型能够吸引消费者，但手机壳零件供货商的生产制造过程却更为艰难，因为机壳的切削加工需要相当高的精度，哪怕仅是微小偏差，都可能造成工件报废现象，连带造成利润的损失。

　　为了提升CNC加工良率，手机壳加工厂商往往被迫频繁更换刀具，以确保CNC机台维持正常生产节拍，但此举导致耗材成本上扬，同样影响利润。除此之外，手机壳加工厂商极为重视稼动率，生怕因为CNC切削机骤然失效，引发产能下滑、交期延误等负面连锁反应，损害客户满意度与商誉，因而配置人力实施定期巡检，并委托外包商提供二线维修支持，然而这些方式都属于被动措施，很难在出现异状的第一时间有效处理。
　　手机机壳是CNC机台应用的其中一个案例。CNC切割被广泛应用在各种加工制造中，各种供货商均面临类似的利润保卫战。
　　凌华科技量测与自动化产品事业处经理徐常益认为，不论是想要提升加工精度，或是拉高稼动率，斧底抽薪之计便是在切削制程中执行监控，尤其需要进行振动监控，主要是因为，一旦机器由于失衡、共振或不对齐等种种缘故，使振动值上升到合理范围之外，便容易影响机器运行，进而导致故障停机。
　　捕捉细微振动信号，PC-based监测方案更胜PLC解决方案
　　CNC加工机如果能被赋予智能，内建一套全天候运转的振动监测机制，即可随时诊断机器健康状态，无需像过去只能等待最终成品产出、事后判断异常原因，而是通过事前的预防性检测，实时探知加工机开始出现不寻常状态，迅速采取对应的处理措施，包括优化调整加工参数（例如变更主轴转速），或更换刀具等等，立即解决小偏差，避免酿成日后大祸害。
　　不可讳言，CNC加工机的切削振动监控，并非此刻才诞生的新议题，以往就有一些以简单方便为要求的PLC解决方案，标榜只要一接上CNC机台，便能快速产生效用；因此难免有人好奇，既然有PLC协助做切削振动监控，为何还需要采用PC-based监测方案？
　　正所谓魔鬼藏在细节，有些细微的振动信号、或者高频信号，某种程度都反应了一些事实，可能是连接机构开始出现不平衡，旋转主轴轴承滚珠破裂进而影响传动动力，或紧固件产生松脱现象，都意味着CNC加工机开始“生病”，并且随着机台特性的不同，病征也不尽一致；这些细微且多变的征兆，凭借具有低采样率、支持有限带宽范围、算法固定等特质的PLC解决方案，反而不易采集，如果CNC监控解决方案能捕捉微小变化，帮助用户迅速掌握可能导致精度降低或产能滑落的关键因子，就可以及早应变。
　　有鉴于此，凌华推出一项名为MCM-100切削振动监控方案，它标榜能在高精度、高采样率的状态下，针对旋转机械与设备，进行24小时不间断的数据采集与振动测量，并将数据采集、振动分析演算、计算、上网等功能多合一，协助CNC加工机的使用者顺利解决传统切削制程所面临的各种挑战，用最轻松无负担的方式赋予CNC加工机智能化。
　　凭借高精度监测，达到预防维护最佳效果
　　徐常益解释，一般而言，CNC加工机最想建立的监测情境有3种，一是“Spindle Vibration Detection”，指的是监测主轴在切削时的振动情况，做法是直接测量时域(Time Domain)信号的RMS值，如果逾越临界值，即降低转速或停止运转；二是“Bearing Quality Diagnostic”，指的是诊断轴承健康状况，在CNC不执行切削、仅高速空转的状态下进行；三是“Spindle Collision Detection”，用以探测主轴碰撞情形，当振动波型符合某些预设条件，即分析已产生碰撞，立即紧急停止主轴移动。
　　上述第一与第二种情境，都与振动信号的精度、带宽范围息息相关，PLC解决方案所能采集的信息很少，难以协助用户建立应变策略；反观MCM-100不仅具备24位高分辨率（一般落在12或16位范围），并可凭借高达128KS/s采样率（一般仅支持20KS/s甚至更低）内捕捉高频信号，为用户提供更多的振动分析素材。
　　CNC加工机设备商的新商机
　　另一方面，切削振动监控方案也可以为CNC加工机设备商创造出新的商机。随着CNC加工机设备供货商接触大量振动信息，一旦结合大数据分析，对于信号变化与机台故障之间的关联性，有更为透彻的理解，CNC加工机设备商可善用不断累积的知识资产，催生加值服务，甚至顺势调整商业模式，从卖断设备变成卖机台运转时数，建立长远的稳定收益。
　　PC-based切削振动监控方案的领导厂商凌华科技表示，振动监控方案已经进入落地阶段，陆续为各家知名CNC工具机厂商所采用，其需求在2017年攀升幅度尤其显著，足见无论CNC加工厂商或CNC工具机厂商对于CNC切削振动监控方案的需求，确实越来越殷切。