机床刀具与加工过程监控 —— 应对挑战

与多数行业一样，企业如今比以往任何时候都更需聚焦竞争力提升。我曾任职于轴承行业，深知确保零件高质量的需求与日俱增。自动化不仅是实现这一目标的关键手段，更能同步提升生产效率。在奇石乐，我们注意到各行业客户在可持续制造方面的压力显著增加，而将废品率降至最低正是其中的核心举措之一。在机械加工中，刀具直接决定零件质量：更换过晚将导致废品率攀升，过早更换则会造成不必要的成本浪费。由于人工难以实时精准掌握刀具状态，因此机床中的刀具监控、设备与过程监控已成为现代制造业的必需环节。

您如何定位奇石乐及您本人在机床过程监控领域的角色？

精密且耐用的传感器是自动化流程的基石。作为压电测力计制造商，奇石乐在机械加工研发领域积累了丰富经验，同时在注塑成型、连接系统等其他领域的设备监控中也颇具心得。将这些领域的技术优势融合，让客户从协同效应中获益，自然成为我们的发展方向。我从 SKF 带来的，是将研发成果转化为工业应用的实践经验，以及融合工艺与设备运行特性的深度应用知识。

压电测量技术在机床加工中的优势与局限性体现在哪些方面？

其测量原理基于压电效应：每个压电传感器的核心均搭载特殊石英晶体，受力时会产生微弱电荷，且电荷与受力大小呈精确正比关系。此外，石英晶体刚度高、固有频率大，这使得我们能够精准测量极宽范围内的动态力 —— 这正是加工力测量的显著优势。

在研发场景中，我们主要使用测力计，可对三维空间内的切削力进行精确测量。但在监控场景中，往往无需如此精密的传感器。此外，测力计在部分工业应用中成本效益不足，且难以适配空间紧凑、不允许改造结构的生产设备。 

奇石乐聚焦核心需求，为测力计提供了经济高效的替代方案：我们采用结构相对简单紧凑的力传感器或应变传感器，可集成于刀架内部，或安装在主轴箱等机床表面。这类传感器已被客户用于其他过程监控场景多年，如今我们正将其经验迁移至加工领域。

测力计可测量绝对切削力，压电传感器如何实现加工过程监测？

在使用测力计的研发场景中，需进行绝对力测量，即通过多个传感器计算所有力矢量与扭矩。而在过程监控中，压电传感器通常只需监测主受力矢量，即可推断关键工艺参数。例如，刀具磨损加剧会导致切削力或切削动态变化，这些变化可通过刀架或相邻设备部件直接测量（通过材料受力传导）。借助机床内置的压电力或应变传感器，用户可对比加工周期并识别异常。以刀具制造商 Paul Horn GmbH 与奇石乐集团的合作为例：双方共同开发了适用于车削场景的即插即用型智能刀架，不仅将集成工作量降至最低，还确保智能刀架与传统刀架的使用性能一致。集成过程中，力传感器被优化布置于力流路径，确保数据可反映加工过程中的相对受力状态。

通过这类解决方案及配套的 maXYmos 过程监控单元，可实现加工过程的自动化监测：当测量力超出预设范围或出现异常波动时，机床内置的监控系统可向设备或工艺控制系统反馈信号。此举不仅为工艺优化提供了便捷的数据采集途径，还能延长刀具寿命、减少换刀频率、早期识别废品，并避免设备碰撞与非计划停机。

若无法通过刀架测量加工力，在设备结构上安装应变传感器是否可行？理想安装位置的特征是什么？用户如何确定？ 

最佳安装位置高度依赖设备特性，需综合考虑设备整体刚度及力从切削点向结构传导的路径。此外，切削力的表现还与切削方向及加工对象相关。所幸，我们的国际服务团队在传感器安装领域拥有多年经验，结合加工部门的专业知识，可针对客户的个性化需求提供定制化支持。

除刀具磨损外，该系统还能监测哪些内容？

刀具监控是我们解决方案的核心，但系统还具备其他实用功能。例如，即使在非切削状态下，过程监控系统也能保护机床：当刀具以高进给率定位时，若未实际切削却发生移动，设备受力可能导致刀具与机床碰撞，造成严重损坏。我们的方案可识别此类异常移动，并在碰撞发生前紧急停机。

另一个案例：某客户近期发现测量信号显著低于预设阈值，经排查发现进料零件尺寸存在细微偏差。这表明，监控系统可间接控制来料与成品质量，从而减少前置与后置质量检测环节，降低成本。

市场上已有多种加工过程监控方案，奇石乐的解决方案有何独特之处？

最大差异在于压电传感器固有的高频响应特性。尽管应变计技术也是一种经济成熟的方案，但其在捕捉高动态加工过程时存在局限性。刀具磨损是渐进过程，但其断裂可能瞬间发生。近日某客户向我们提供的数据显示，测量曲线曾突然出现短暂超限峰值，随后恢复正常。由于系统触发警报并停机，客户及时发现刀具已崩刃。此类场景正是压电传感器的优势所在。

机械加工覆盖众多制造行业，哪些企业最能从该方案中获益？哪些可能不太适用？ 

我们的首款产品套件（含传感器、监控系统、电缆及配套软件）主要面向中小型零件生产商，例如轴承组件、汽车零部件、医疗零件、螺钉等小型机械零件及手表部件的批量生产企业。需要注意的是，周期时间是一个限制因素 —— 尽管我们的测量速度快，但压电传感器仍有其响应极限。而设备使用年限则无关紧要：新建产线或采购新设备时，集成自动化技术已是行业标准，机床可预留测量方案安装空间；对于旧设备，我们的套件也支持改造升级。方案灵活性高，可兼容各类 MES 系统，旨在以较低的入门成本让客户享受自动化红利。

未来规划如何？是否计划向大型零件生产商提供解决方案？

是的，我们已启动相关产品套件的研发工作。同时，我们正致力于提升系统智能化水平，使其超越传统的测量与监控功能。在特定场景中，系统将具备误差补偿能力，例如通过调节切削速度、进给量及切削深度补偿设备误差，助力客户进一步提升产品质量。