Scania – 自動化機器保護

透過工具機示例解釋的診斷

Scania 使用各種工具機。銑頭切割金屬塊就像是在切割黃油，車床鑿刀打造毫米級精度的軸，而鑽床精準鑽孔。所有流程步驟均完全自動化，並由透過電腦控制的車床和銑床完成。它們幾乎是在眨眼之間就製造出了氣缸蓋或引擎軸的模具。

為了滿足高品質標準，工具機必須保證無瑕疵且無故障的工件加工。高加工速度和巨大的作用力要求診斷系統能快速響應，並立即偵測到任何刀具損壞或加工過程中的任何碰撞，從而能夠使其快速停止，防止工具機或工件損壞。永久振動診斷已被證明是盡可能減小損壞的理想解決方案。

微不足道的小故障也可能引發嚴重後果

您可能很難想像當銑頭利用極高轉速輕鬆切割材料時，其作用力有多大。然而，刀具實際上承受著極端的機械應力。

即使品質極佳，也沒有操作員能防止刀具在使用時發生斷裂。甚至極小的機械缺陷也可能在加工流程中造成嚴重後果。例如，銑頭齒損壞可能損壞工件並讓其報廢。而如果這種情況發生在複雜工件上，如引擎體，代價可能是非常高的。不僅昂貴的工件本身變得毫無用處，而且無法生產出要求數量的產品。生產流程將會受到嚴重影響。

異常的振動指示工具故障

這就是 Scania 為其工具機配備自動故障偵測系統的原因。該系統的核心是感測器專家 ifm electronic 高度靈敏且極其可靠的振動感測器。

「我們監控馬達主軸的振動，因此可以在其斷裂之前將其及時更換。並且，診斷軟體還顯示主軸的狀態以及是否需要調整任何流程參數。」Robert Bergkvist 說。

多虧感測器資料，可以最大限度提升流程效率，而不會導致工具機出現重大問題，例如車床鑿刀過快加工物料。

這就是 ifm 緊湊型 VSA 振動感測器發揮作用的地方。該感測器透過螺絲牢固安裝在主軸頭外殼中，並在加工過程中連續偵測振動特性。微機械加速度計敏感度非常高，甚至能偵測到毫米級尺寸的銑頭齒缺失所造成的不平衡。例如，偵測到可能由於鑽頭變鈍或太多切屑引起的切削力變化，並由於振動特性的變化而進行匯報。

可以利用不同的容差限值對工具進行示教，例如警告和關閉閾值。對於後者，利用「停止主軸前進」指令可以停止旋轉工具主軸，從而將頭部從工件移開。這能可靠地防止損壞貴重的工件。

碰撞偵測

振動監控的另一個功能是碰撞偵測。在批量生產中，整個銑削、車削和鑽孔流程通常都透過模擬來測試。工具與工件之間的程式相關碰撞將可靠地偵測到並在程式設計中予以考慮。尤其是在製造單一組件中，程式設計瑕疵可能導致工具與工件或機器部件之間的碰撞。在這種情況下，需盡快停止機器，以最大限度減少對機器和工件造成的損壞。

主軸監控

振動診斷的另一個保護功能是主軸狀態監控。滾動軸承元件的振動特性透過參考運行衡量並儲存為「合格值」。若軸承在複雜的主軸機械系統中發生磨損，則會因振動特性異常而偵測到。若超出了可設定的容差，則會發出錯誤訊息。這可確保永久狀態監控，為操作員提供額外的安全保障。

振動診斷如何工作？

ifm 的 VSA 振動感測器是一種微機械加速度計，可連續偵測非旋轉機械表面上的振動。

此感測器與相應的 VSE 評估裝置相連。評估裝置評估多達四個振動感測器的信號，並直接傳送至機器控制系統。這樣確保了簡單且穩定的整合。

振動和碰撞偵測的極限值可針對每個工具儲存在機器控制器中。為了提前確定這些值，在示教模式下執行程式循環。單獨的振動資料將儲存在控制器中，並提供可調節的容差值。可以針對每次切削設定單獨的限值。

在加工過程中，超出容差值將視為故障，並且根據振動的幅度，將導致錯誤訊息甚至停止加工流程。

結論

工具斷裂、碰撞或軸承損壞：基於振動診斷的流程監控不能防止它們的發生。然而，透過停止機器，損壞情況不會加劇，並且可以有效防止其他間接的工件和機器損壞。永久振動診斷甚至可以偵測即將發生的問題，並向維護人員傳送警告訊息。這樣可確保高效的機器產能利用率以及最高的機器保護。