機(jī)床防碰撞系統(tǒng)
撞刀，指的是機(jī)床刀具在移動(dòng)過程中與工件、卡盤或尾座發(fā)生意外碰撞的機(jī)床事故。機(jī)床撞刀可能會(huì)造成工件報(bào)廢、刀具損壞、部件損毀、精度下降。機(jī)床越快停機(jī)，對(duì)機(jī)床的傷害越小。清誠公司推出一款用于檢測監(jiān)測刀具碰撞的設(shè)備——機(jī)床防碰撞系統(tǒng)。
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應(yīng)用介紹
設(shè)備介紹
RAEM1聲波（聲發(fā)射）檢測
| 機(jī)床防撞系統(tǒng) | |
| 核心功能：保護(hù)主軸 | |
| 響應(yīng)時(shí)間：1ms | |
| 設(shè)備參數(shù)： RAEM1聲波（聲發(fā)射）檢測 | |
| 采樣率 | 2000KHz |
| 頻率范圍 | 20KHz-400KHz |
| 系統(tǒng)噪聲 | 優(yōu)于30dB |
| 動(dòng)態(tài)范圍 | 70dB |
| 響應(yīng)延時(shí) | 1ms |
| 防護(hù)等級(jí) | IP65 |
| 工作溫度 | -20℃～60℃ |
GI150-1聲發(fā)射傳感器
| 設(shè)備參數(shù)：GI150-1 | |
| 內(nèi)置前放防水型聲發(fā)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(yùn)行狀態(tài)下，機(jī)床偶然發(fā)生故障導(dǎo)致撞刀產(chǎn)生聲發(fā)射（聲波）信號(hào)，聲發(fā)射傳感器采集此信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過聲發(fā)射主機(jī)進(jìn)行高速分析處理后，判別主軸是否處于異常情況，并及時(shí)輸出撞機(jī)信號(hào)控制機(jī)床及時(shí)停機(jī)。
刀具發(fā)生碰撞時(shí)，系統(tǒng)在1ms內(nèi)迅速識(shí)別并發(fā)出急停信號(hào)。
過程可視化
結(jié)果
- a.減少機(jī)器的行程時(shí)間，在未產(chǎn)生碰撞時(shí)加快機(jī)器移動(dòng)速度以減少工時(shí)；
- b.減少非運(yùn)行狀態(tài)下，機(jī)器偶發(fā)故障導(dǎo)致位移而產(chǎn)生的撞刀；
- c.預(yù)防機(jī)床主軸或機(jī)械手由于偶發(fā)撞擊或過載而損壞，主軸精度變差。
傳統(tǒng)的監(jiān)測方式與機(jī)床防碰撞系統(tǒng)對(duì)比：
| 對(duì)比項(xiàng) | 傳統(tǒng)方式 | 機(jī)床防碰撞系統(tǒng) |
| 監(jiān)測方式 | 人工監(jiān)測或設(shè)備反饋 | 基于聲發(fā)射傳感器采集聲發(fā)射實(shí)時(shí)信號(hào)監(jiān)測 |
| 數(shù)據(jù)來源 | 設(shè)備驅(qū)動(dòng)器反饋 | 傳感器實(shí)時(shí)采集聲發(fā)射信號(hào) |
| 監(jiān)測范圍 | / | 設(shè)備關(guān)鍵部位 |
| 觸發(fā)報(bào)警 | 手動(dòng)觸發(fā) | 異常自動(dòng)報(bào)警 |
| 停機(jī)方式 | 手動(dòng)停機(jī) | 輸出碰撞信號(hào)控制機(jī)床PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī) |
| 響應(yīng)時(shí)長 | 視具體事故而定 | 1ms |
| 數(shù)據(jù)分析 | 手動(dòng)匯總，人工分析 | 系統(tǒng)自動(dòng)分析 |
適用范圍
數(shù)控機(jī)床、磨床、車銑復(fù)合磨床、臥式或立式加工中心等。
解決方案
原理：機(jī)床偶發(fā)故障導(dǎo)致撞刀產(chǎn)生聲發(fā)射（聲波）信號(hào)，聲發(fā)射傳感器接收聲發(fā)射（聲波）信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)線傳輸給聲發(fā)射主機(jī)進(jìn)行分析處理，聲發(fā)射主機(jī)在1ms內(nèi)發(fā)出碰撞信號(hào)到用戶的機(jī)器控制機(jī)床緊急停機(jī)。
| 系統(tǒng)組成 | 通訊方式 |
| 聲發(fā)射主機(jī)、信號(hào)線、聲發(fā)射傳感器、磁吸夾具 | 接線端輸出開關(guān)量 |
安裝
聲發(fā)射傳感器利用磁夾具輔助安裝在刀具的背面，信號(hào)線從護(hù)套管內(nèi)引出接到聲發(fā)射主機(jī)，聲發(fā)射主機(jī)接線接到客戶機(jī)器上。
案例參考
應(yīng)用案例1：刀具碰撞聲波（聲發(fā)射）監(jiān)測
2024年3月，我司應(yīng)某機(jī)械公司邀請，對(duì)某臺(tái)機(jī)床進(jìn)行刀具碰撞實(shí)驗(yàn)。
磨床的機(jī)器主軸在左側(cè)固定，磨砂在主軸上旋轉(zhuǎn)。而在右邊的支架上安裝需要打磨的物件（刀具），因?yàn)橹鬏S在旋轉(zhuǎn)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(huì)有多個(gè)結(jié)構(gòu)件，衰減很大，由于支架會(huì)旋轉(zhuǎn)以調(diào)整角度打磨器件的兩邊（旋轉(zhuǎn)角度約150°）故將聲發(fā)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(shí)所采集到的信號(hào)幅度能量-到達(dá)時(shí)間圖
應(yīng)用案例2：機(jī)加工刀具磨損聲波（聲發(fā)射）監(jiān)測
采集模塊布置刀具上，采集到的數(shù)據(jù)上傳到云端，通過一定的算法判斷出是否出現(xiàn)故障或磨損，報(bào)警消息推送到客戶端。避免了刀具失效、設(shè)備損壞，減少了停機(jī)率，提高生產(chǎn)效率。
基于振鈴計(jì)數(shù)及能量的聲發(fā)射特征參數(shù)曲線圖
要點(diǎn)：
1、使用合適的傳感器和濾波器可有效排除現(xiàn)場噪聲干擾，加工過程中主要產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)為工件材料開裂和刀具與工件摩擦信號(hào)；
2、因原始數(shù)據(jù)涵蓋了多種類型的聲發(fā)射信號(hào)，單一的聲發(fā)射特征參數(shù)前后對(duì)比并不容易明顯區(qū)分；
3、結(jié)合多種組合的聲發(fā)射特征參數(shù)對(duì)比，通過組合識(shí)別如能量和振鈴計(jì)數(shù)綜合判斷法，可有效提前識(shí)別出刀具磨損前期信號(hào)；
