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刀具和夾具系統或主軸與機床工作臺在機床運行過程中發生碰撞，會對機床造成慘重的損失和停產。在加工過程中，機床與工件之間在規定參數范圍內永遠不應該發生任何碰撞性的接觸。那么，那些大型的控制系統和機床生產廠商為防止發生意外的碰撞應該采取什么樣的措施呢？

現代機床切削速度越來越快，切削路徑也越來越復雜，實際工作中要想使機床操作人員預測機床發生碰撞的可能性，并在緊急狀態下及時關閉開關和切斷電源幾乎是不可能的。同時，操作人員的安全也需要由控制系統來保證。為此，大部分機床制造商開發了機床碰撞保護系統，并將這種保護應用到在線的CNC控制系統上，或通過外界脫機的PC機來實現。一般來說，一些在線的保護可以立即使用，并將其內置到大部分的和高規格CNC控制系統之中。盡管在某種程度上，制造商或多或少地會采用同樣的思維方式來解決這些問題，但各種方法之間還是存在著本質上的區別。

防碰撞控制系統的準確安裝位置應該在什么地方？在使用PC機前，用什么方法來模擬機床及其各軸的運動？還是采用實時控制？雖然這兩種方法不一定能提供 99%的保證，但各有各的優缺點。對于實時控制的系統而言，CNC的核心必須配置性能優良的計算功能，按照一般規律，這意味著需要消耗較高的內存。實時控制本身就具有很強的通用性，它能夠立即適應情況的變化。你不可能經常在計算機上精確地模擬機床的現實模型，或預測所有運動和事件。如果發生了意想不到的事情，那么必須首先在計算機上修改這一模型，以恢復其碰撞保護功能。

另一方面，CNC系統的實時控制就好像是與機床的一個模型一起工作，然后開始模擬運動。其有效性特別體現在防碰撞控制系統能立即啟動，使加工停止，這是因為其已經預測到碰撞的可能性，換句話說已經模擬到發生碰撞的可能性。因此，實時保護具有與CNC系統中模型數據一樣好的功能。這對于在PC機上的模擬來說也同樣有效，至少PC機可以接入精度*的CAM數據和計算機所具有的強大功能。

Fanuc GE公司的30i系列和31i系列控制系統提供3D干擾檢查功能。它采用潛在碰撞物體的幾何數據進行工作，操作員將碰撞物體的有關參數直接輸入到 CNC系統內，并由工廠內部開發的軟件支持其工作，將一些有風險的區域，例如像機床的工作臺或夾具系統，采用幾何數字確定。CAD的數據也可讀入到系統之中。按照Fanuc公司的說法，幾何圖形元素能夠在模型中以1μm的精度，精確地模擬實際外形輪廓。Fanuc GE CNC德國公司的執行總裁Leopold Schenk先生解釋說：CNC系統能夠將空間信息和當前機床數據考慮在內，用以計算軸的運動。這也就是說，主CPU能夠在4ms時間內計算出所有在碰撞模型中發現的物體，這一時間幾乎與軸的插補時間相等。如果存在碰撞的風險，機床就會在一個特殊范圍內的零件前停止進行最后的插補程序。如碰撞模型太復雜而不能在4ms內完成計算的話，Fanuc GE公司就會采用一種升級戰略：將時間加倍增加到8ms，并設置一個更寬松的包絡曲線給予補償。Schenk先生向公司做出了這樣的一個承諾：如果配置正確，那么‘3D干擾檢查’系統就能幫助機床避免碰撞，其可靠性幾乎達到了99%。Schenk先生不喜歡采用PC機的脫機解決方案，他認為這種方法所能提供的可靠性十分有限：脫機分析*是根據日常的經驗來確定大多數發生碰撞的情況，然后進行操作設定，但實際上很多行為無法通過虛擬環境預測。像 ‘3D干擾檢查’這樣的集成系統能夠堵補所有這些影響可靠性的漏洞。它們采用實時監控，并可按機床的現狀連續調節。

Siemens 公司最近正在研究一種在線防碰撞保護系統，準備連接并應用到Sinumerik CNC控制系統。Siemens公司機床部經理Uwe Haeberer先生這樣說：其基本功能已經在NC核心系統中得到實現，并已成功地完成了初步試驗。這種新理念已經獲得了進一步的發展，而且也開始在操作員的接口界面上轉換。它應該通過無縫連接的方式，用PC機與現有的Siemens脫機解決方案連接。Haeberer先生承認：然而，只有在加工時，當碰撞控制系統在CNC系統上發生作用的時候，才能顯示其真正的功能。因此，像夾具裝置的變化等因素應特別考慮在內。然而，正如我們所看到的那樣，還沒有一種解決方案適合全面的開發目標，在我們的競爭對手中，也沒有一家公司能夠提供真正令人滿意的解決方案。因此，主要的問題是為機床操作員解決更加友好的操作界面問題。然而，Siemens公司已經做了次嘗試，引進刀具數據，在這方面目前還沒有國際標準。按照該公司的說法，現在還不清楚操作人員如何將夾具系統的數據輸入到防碰撞監控系統之中。Haeberer先生補充說：我們還不打算銷售防碰撞監控系統，直到我們*弄清楚各部分的功能。如果所需要的數據還不*，或者不符合質量要求，那么就不可能制造出一個可靠的防碰撞監控系統。

Heidenhain公司在其i-TCN 530控制系統中安裝了一個動態防碰撞監控系統（DCM）。這一系統甚至可以在CNC系統上根據設置操作運行，而且也考慮到了夾具裝置的位置。機床操作員可以從屏幕上看到所有處于工作區域的機床元件。凡是有碰撞風險的區域可以通過控制系統顯示確認，讓操作員可以在屏幕上將各個相應的元件從碰撞區移走。屏幕可獨立地接入Heidenhain系統，因此工作區可以在一個窗口顯示，而CNC程序可以在另一個窗口顯示。如果出現碰撞的風險，控制系統就會自動停機。

Mazak 公司的Matrix控制系統上有兩個CPU同時工作，在一個工件加工的同時，CPU就開始模擬另一個工件的加工情況。零件是在加工前就開始檢查的，因此 Mazak公司的機床應用部經理助理Stephan Fabry先生說：這可以使操作員順利地運行程序，而不會發生碰撞現象。卡盤、刀柄和附件所需的空間都已經在控制系統的工作區標明，操作員只需要加入機床的形狀就可以了。有了這些信息以后，再對加工的工件進行模擬加工試驗，看其是否存在潛在的碰撞因素。

IPC上的CNC軟件也采用圖形元素

Beckhoff 公司的控制系統主要由工業PC機和軟件組成，而對于CNC部分來說，Beckhoff公司則提供Twin-Cat的CNC程序。與Fanuc系統相似，這一集成控制系統處理風險區域，其中包括刀具、夾具以及機床的其他元件。Beckhoff公司的產品部經理Matthias Koester先生解釋說：圖形零件的最小距離可以通過任何CAD程序確定，而且是可以編程的。在內部，控制系統采用CAD的VRML Export來描述零件。在即將發生碰撞以及出現錯誤描述的時候，也會創建一個圖像錯誤信息，使操作員能夠及時發現問題。

Bosch Rexroth公司在其MTX控制系統中提供在線碰撞控制功能。Andreas Jenke先生是Bosch Rexroth公司電氣驅動控制業務部負責機床工業管理的經理，他支持CNC系統采用雙重控制的模擬方法和內置保護系統，他說：防碰撞控制是通過CNC 控制系統實現的，因為只有那里才儲存那些與實際機床操作相同的相關數據。為了模擬的需要，我們在PC機上創建了一個虛擬CNC系統，該系統能夠像真正的機床那樣，采用同樣的數據或參數進行工作。

當CNC數控系統盡可能精確地上載大量的數據，并且當程序能夠容易操作的時候，CNC的防碰撞保護系統才能發揮其的功能。現在，復雜的、快速的、的機床上都配有質量的控制系統，而現在的大部分控制系統都集成了防碰撞監控系統。