공작기계의 핵심인 스핀들

공작기계의 주요 고장 원인은 빈번한 스핀들 결함에 의해 발생한다. 그 이면에는 허용되지 않는 부하들이 있는데, 예전에는 이 부하를 모니터링할 수 있는 방법이 없었지만, 이에 대응하는 새로운 시스템이 생겼다.

슈테파네 미헬(Stefanie Michel)

스핀들은 공작기계의 핵심 부품이며, 주로 절삭의 유형과 품질을 담당하며, 스핀들 베어링은 높은 가공력을 전달해야 하므로 특히 많은 부하를 받는다. Schaeffler는 33 %의 통계로 공작기계 고장의 가장 일반적인 원인으로 스핀들 결함을 들었다. 고장의 원인은 대부분 과부하(60 %)였으며, 충돌도 있었다.

지능형 스핀들이 과부하와 마모를 감지한다

우선 과거엔 모니터링 시스템이 없었기 때문에, 지속적인 과부하를 인식하지 못했었다. 지금도 많은 회사에서 스핀들의 작동 상태에 대한 정보를 제공받지 못한다. 2014년. Weiss Spindeltechnologie는 모회사인 Siemens와 함께 Sinumerik 840D sl부터 제어 시스템을 통해 스핀들 가동 시간, 실행된 공구 클램핑 횟수, 속도 및 토크 프로파일 및 온도 프로파일과 같은 작동 데이터를 평가하기 시작했다. 이 데이터를 통해 오류 발생 시 원인을 쉽게 감지하고 분석할 수 있게 되었다. 이 모듈은 공구 클램핑 프로세스 중 시간 변화를 감지한다. 디지털 데이터 전송은 Drive-Cliq 케이블을 사용하여 시스템 속도로 SMI 24 스핀들 센서 모듈을 통해 이루어진다.

수집된 정보는 롤러 베어링 및 공구 클램핑 시스템과 같은 마모 부품의 서비스 수명뿐만 아니라 발생한 하중에 대한 결론을 도출하는 데 사용한다. 또한 이 데이터를 사용하여 구름 베어링과 공구 클램핑 시스템의 마모 상태를 도출할 수 있다.

스핀들 제조업체인 Kessler도 비슷한 길을 걷고 있으며, 지난 EMO Hannover에서 지능적인 데이터 처리 및 상태 모니터링을 위한 Industry 4.0 솔루션인 “Kessler dialog”를 발표했다. 밀링 스핀들에 통합된 전류, 온도 및 진동 센서는 전류, 주파수, 온도 조건 및 진동 가속도를 측정한다. 데이터는 스핀들 모니터링에 실시간으로 전달되며, 상태 모니터링에도 사용되는데, 이를 통해 하중 조건과 과부하 그리고 충돌을 식별할 수 있다.

센서가 스핀들 베어링을 모니터링한다

스핀들 베어링은 과부하 발생 시 많은 영향을 받는다. 이에 대해 Schaeffler는 스핀들 베어링 모니터링 시스템을 개발하였다. 이 스핀들 시스템은 스핀들 베어링의 5가지 공간 방향(3개의 병진 방향과 2개의 회전 방향)에서 마이크로미터 정확도로 변위를 측정한다. 센서 링이 정의된 임계 값을 초과하면 기계 제어에 경고 신호를 전송하여 다음 시나리오를 가능하게 한다.

스핀들 베어링용 모니터링 시스템 Spindlesense는 거리 센서(1), 평가 장치(2), 연결 케이블(3)로 구성된다.

충돌 감지: 센서 시스템은 2ms 이내에 디지털 출력의 과부하를 표시할 수 있다. 드라이브를 신속하게 끄면 심각한 후속 손상을 최소화하거나 예방할 수 있다.

공작기계 스핀들 보호: SpindleSense는 지속적인 기계 과부하로부터 스핀들 베어링을 보호하기 위해 과부하가 파라미터화된 경우, 즉시 경고 신호를 보낸다. 작업자는 가공 프로그램을 수정하고 새로운 공구와 절삭 값을 변경하거나 적합한 공구 유형으로 스핀들 부하를 줄일 수 있다. 따라서 낮은 피크 부하를 달성하고 피크 부하 수를 줄이고, 공작기계 가동 중지 시간을 줄여 스핀들의 수명이 길어진다. 스핀들 모니터링 시스템은 장비 가용성을 높여 생산성을 높일 수 있는 유용한 도구를 제공한다.