機床防碰撞系統
撞刀,指的是機床刀具在移動過程中與工件、卡盤或尾座發生意外碰撞的機床事故。機床撞刀可能會造成工件報廢、刀具損壞、部件損毀、精度下降。機床越快停機,對機床的傷害越小。清誠公司推出一款用于檢測監測刀具碰撞的設備——機床防碰撞系統。
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應用介紹
設備介紹
RAEM1聲波(聲發射)檢測
機床防撞系統 | |
核心功能:保護主軸 | |
響應時間:1ms | |
設備參數: RAEM1聲波(聲發射)檢測 | |
采樣率 | 2000KHz |
頻率范圍 | 20KHz-400KHz |
系統噪聲 | 優于30dB |
動態范圍 | 70dB |
響應延時 | 1ms |
防護等級 | IP65 |
工作溫度 | -20℃~60℃ |
GI150-1聲發射傳感器
設備參數:GI150-1 | |
內置前放防水型聲發射傳感器 | |
頻率范圍 | 60Khz~400KHZ |
諧振頻率 | 150KHz |
靈敏度 | >75dB |
前置放大器 | 40dB28V |
接口類型 | SMA |
原理
在非運行狀態下,機床偶然發生故障導致撞刀產生聲發射(聲波)信號,聲發射傳感器采集此信號,信號經過聲發射主機進行高速分析處理后,判別主軸是否處于異常情況,并及時輸出撞機信號控制機床及時停機。
刀具發生碰撞時,系統在1ms內迅速識別并發出急停信號。
過程可視化
結果
- a.減少機器的行程時間,在未產生碰撞時加快機器移動速度以減少工時;
- b.減少非運行狀態下,機器偶發故障導致位移而產生的撞刀;
- c.預防機床主軸或機械手由于偶發撞擊或過載而損壞,主軸精度變差。
傳統的監測方式與機床防碰撞系統對比:
對比項 | 傳統方式 | 機床防碰撞系統 |
監測方式 | 人工監測或設備反饋 | 基于聲發射傳感器采集聲發射實時信號監測 |
數據來源 | 設備驅動器反饋 | 傳感器實時采集聲發射信號 |
監測范圍 | / | 設備關鍵部位 |
觸發報警 | 手動觸發 | 異常自動報警 |
停機方式 | 手動停機 | 輸出碰撞信號控制機床PLC實現自動停機 |
響應時長 | 視具體事故而定 | 1ms |
數據分析 | 手動匯總,人工分析 | 系統自動分析 |
適用范圍
數控機床、磨床、車銑復合磨床、臥式或立式加工中心等。




解決方案
原理:機床偶發故障導致撞刀產生聲發射(聲波)信號,聲發射傳感器接收聲發射(聲波)信號,經過信號線傳輸給聲發射主機進行分析處理,聲發射主機在1ms內發出碰撞信號到用戶的機器控制機床緊急停機。
系統組成 | 通訊方式 |
聲發射主機、信號線、聲發射傳感器、磁吸夾具 | 接線端輸出開關量 |
安裝
聲發射傳感器利用磁夾具輔助安裝在刀具的背面,信號線從護套管內引出接到聲發射主機,聲發射主機接線接到客戶機器上。
案例參考
應用案例1:刀具碰撞聲波(聲發射)監測
2024年3月,我司應某機械公司邀請,對某臺機床進行刀具碰撞實驗。
磨床的機器主軸在左側固定,磨砂在主軸上旋轉。而在右邊的支架上安裝需要打磨的物件(刀具),因為主軸在旋轉所以有較大噪聲,且如果安裝在主軸后面的固定架上,中間會有多個結構件,衰減很大,由于支架會旋轉以調整角度打磨器件的兩邊(旋轉角度約150°)故將聲發射傳感器安裝在右邊支架上(即刀具位置的背面)。



刀具加工時所采集到的信號幅度能量-到達時間圖
應用案例2:機加工刀具磨損聲波(聲發射)監測
采集模塊布置刀具上,采集到的數據上傳到云端,通過一定的算法判斷出是否出現故障或磨損,報警消息推送到客戶端。避免了刀具失效、設備損壞,減少了停機率,提高生產效率。


基于振鈴計數及能量的聲發射特征參數曲線圖
要點:
1、使用合適的傳感器和濾波器可有效排除現場噪聲干擾,加工過程中主要產生的聲發射信號為工件材料開裂和刀具與工件摩擦信號;
2、因原始數據涵蓋了多種類型的聲發射信號,單一的聲發射特征參數前后對比并不容易明顯區分;
3、結合多種組合的聲發射特征參數對比,通過組合識別如能量和振鈴計數綜合判斷法,可有效提前識別出刀具磨損前期信號;