趙國(guó)強(qiáng),武迎迎,張春明
(濰柴動(dòng)力股份有限公司,山東 濰坊 261061)
近年來,加工中心和FMS線被大量使用,其配備的數(shù)控刀具的種類、數(shù)量也大大增多。刀具壽命直接關(guān)系到成本控制、加工質(zhì)量等問題,靠以往的人工檢查、維護(hù),刀具管理的效率低且難以滿足生產(chǎn)要求[1]。因此,如何對(duì)刀具壽命進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效管理,是企業(yè)面臨的一項(xiàng)重要課題。
針對(duì)上述問題,采用累積加工次數(shù)來計(jì)算刀具壽命的方法,開發(fā)了一套基于R參數(shù)的刀具壽命管理程序,針對(duì)不同刀具輸入各自的壽命值,在加工中不斷比對(duì)加工次數(shù),最后發(fā)出中斷運(yùn)行、換刀報(bào)警指令,實(shí)現(xiàn)刀具壽命的實(shí)時(shí)管理。
圖1為刀具壽命管理程序功能框架。以CNC為主控單元,實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前刀具壽命的讀取、比對(duì)及錯(cuò)誤警報(bào)控制,具體功能展開如下:
(1)讀取功能:每把刀具加工完成后,CNC自動(dòng)累計(jì)當(dāng)前刀具的加工次數(shù),并保存在各自的壽命計(jì)數(shù)器中,程序通過指定的R參數(shù)來實(shí)時(shí)調(diào)取當(dāng)前刀具的實(shí)際壽命值。
(2)比對(duì)功能:為每把刀預(yù)先設(shè)定一個(gè)刀具壽命額定值(可使用次數(shù))及刀具實(shí)際壽命與額定值差異的預(yù)警值。程序?qū)ψx取的當(dāng)前刀具實(shí)際壽命與該刀額定值進(jìn)行差異計(jì)算,然后將差異值與設(shè)定條件進(jìn)行判斷。
(3)錯(cuò)誤報(bào)警:伴隨加工次數(shù)的累積,刀具壽命在不斷減少,當(dāng)?shù)毒邏勖_(dá)到臨界狀態(tài)準(zhǔn)備換刀時(shí),程序通過機(jī)床CRT報(bào)警,提示操作者做好換刀準(zhǔn)備;當(dāng)?shù)毒邏勖Y(jié)束時(shí),程序通過機(jī)床CRT報(bào)警告知操作者換刀,機(jī)床停止加工;若刀具壽命未達(dá)到額定值,會(huì)繼續(xù)下一輪加工。
R參數(shù)編程是西門子840D系統(tǒng)提供的一種先進(jìn)編程方法,通過使用參數(shù)變量來代替程序中的功能代碼或地址值實(shí)現(xiàn)程序的靈活開發(fā)。R參數(shù)的數(shù)量可根據(jù)需要自行擴(kuò)展,一般有1 000個(gè)(R0~R999)可供使用,增強(qiáng)了編程的靈活性[2]。
圖1 刀具壽命管理程序功能框架
基于R參數(shù)編程功能,刀具壽命管理程序的開發(fā)流程如圖2所示。
利用R參數(shù)計(jì)算功能,預(yù)先為每把刀具設(shè)定壽命(使用次數(shù))計(jì)數(shù)器。本程序使用加計(jì)數(shù)器,即使用1次后,CNC會(huì)自動(dòng)使當(dāng)前刀具的使用次數(shù)加1,并自動(dòng)保存在每把刀具的R參數(shù)計(jì)數(shù)器中。
基于R參數(shù)的刀具壽命管理程序能夠進(jìn)行算數(shù)及邏輯運(yùn)算,具備條件判斷功能。其中,刀具實(shí)際壽命值與額定值差異編程方式如下:
CNC實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前刀具實(shí)際壽命并與額定值進(jìn) 行差異計(jì)算,并對(duì)該差值與設(shè)定條件進(jìn)行判斷處理。
圖2 刀具壽命管理程序的開發(fā)流程圖
隨著刀具使用次數(shù)的不斷增加,當(dāng)?shù)毒邔?shí)際壽命與額定值的差值小于預(yù)警值時(shí),機(jī)床會(huì)繼續(xù)動(dòng)作,但在機(jī)床CRT上會(huì)顯示準(zhǔn)備換刀信息。當(dāng)?shù)毒邏勖Y(jié)束后,機(jī)床停止動(dòng)作,并在CRT上顯示需更換刀具的報(bào)警信息,當(dāng)前刀具壽命計(jì)數(shù)器會(huì)自動(dòng)清零。當(dāng)然,差異值大于預(yù)警值時(shí),機(jī)床會(huì)正常加工。通過在主程序中需要位置合理設(shè)置標(biāo)簽,引導(dǎo)操作者對(duì)警示信息進(jìn)行正確處理。其中的編程方式如下:
下面以某氣缸體缸孔加工工序?yàn)槔?,介紹刀具壽命管理程序的編程方法。為簡(jiǎn)化過程說明,僅選擇止口、缸孔兩工步進(jìn)行程序的開發(fā)演示,加工內(nèi)容見圖3。
缸孔加工工藝說明見表1。
圖3 氣缸體缸孔加工簡(jiǎn)圖
(1)主程序代碼如下:
表1 缸孔加工工藝說明
(2)刀具壽命計(jì)數(shù)器清零子程序代碼如下:
(3)刀具壽命管理子程序代碼如下:
在實(shí)際應(yīng)用中,可以將刀具壽命管理程序作為子程序預(yù)先存儲(chǔ)在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中,數(shù)控主程序可以簡(jiǎn)單、靈活調(diào)用,具有良好的編程通用性。
刀具壽命管理是企業(yè)成本管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。通過應(yīng)用刀具壽命管理程序,可以有效控制刀具的使用壽命,為企業(yè)的刀具成本管理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。同時(shí),降低了人工管理的難度,是一種低成本、高效率的自動(dòng)刀具壽命管理方法。
實(shí)踐表明,某發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體FMS線應(yīng)用開發(fā)的刀具壽命管理程序后,刀具壽命問題造成的廢品率由6.5%降至0.5%以內(nèi),有效提高了加工質(zhì)量,具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
[1]樊軍,劉德棟.FANUC用戶宏程序在刀具壽命管理中的應(yīng)用[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2006(7):79-80.
[2]陳先鋒,蔡捷.SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)高級(jí)編程與ShopTurn應(yīng)用教程[M].北京:人民郵電出版社,2011.