萬景元，張忠海，尹超，甄祥

中車唐山機車車輛有限公司 河北唐山 064000

1 序言

隨著軌道交通市場的迅猛發(fā)展，其產(chǎn)品種類、數(shù)量與日俱增。針對不同的需求，生產(chǎn)制造了不同種類的產(chǎn)品，在產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中，數(shù)控加工發(fā)揮著重要的作用。一般情況下，數(shù)控加工中心的刀具配備量少則幾把，多則上百把，而刀具數(shù)量、種類的增加，使得各種類型、規(guī)格的刀具并存，刀具在機床與刀具庫之間的交換也變得更加頻繁。

2 刀具使用現(xiàn)狀

1）刀具需要更換時，操作人員首先使用對刀儀（紅外探測器）測量出刀具的長度、半徑，并記錄，然后人工將測量數(shù)值輸入到加工中心刀具補償寄存器中，以補償?shù)毒咴陂L度、半徑上的數(shù)值。在人為輸入眾多刀具參數(shù)的過程中，常出現(xiàn)以下問題：①數(shù)字設(shè)置正確，但刀具補償值中的小數(shù)點輸入錯誤。②刀具補償本身的數(shù)字輸入錯誤。這些問題帶來的后果是機床碰撞、加工錯誤等質(zhì)量問題，并伴隨著巨大的經(jīng)濟損失。同時，數(shù)控加工作業(yè)的環(huán)境會使刀具參數(shù)記錄表污損，不利于保存。

2）在進行手動更換刀具時，將刀具參數(shù)預(yù)先輸入到刀具補償器中，然后將本工序所需要的刀具直接安裝到主軸上，最后進行加工。但此過程未對換取的刀具進行檢測，易出現(xiàn)刀具號與實際刀具參數(shù)不一致的情況，造成質(zhì)量問題。

3 刀具使用防錯方法

通常情況下，操作人員需將對刀儀測量的刀具參數(shù)輸入加工中心中，然后完成手動更換刀具，最后通過加工中心編制刀尖與基準塊之間距離的程序，待程序運行完畢后，測量其距離，完成刀具號及刀具參數(shù)的驗證。但面對眾多刀具時，此方法花費時間較長，不利于操作。

針對上述現(xiàn)狀，并結(jié)合加工中心數(shù)控系統(tǒng)程序控制方法，研究出刀具使用防錯程序。此程序需放置在當前有效的刀具參數(shù)之后，加工程序段運行之前，通過程序的調(diào)用，對刀具參數(shù)進行檢測。程序流程如圖1所示。

圖1 程序流程

（1）運行程序 人工輸入刀具參數(shù)值，然后運行主程序。

（2）讀取刀具參數(shù) 機床讀取程序中刀具號（TX），調(diào)用此刀具預(yù)先輸入的刀具參數(shù)。讀取刀具參數(shù)主要通過讀取系統(tǒng)變量的途徑來獲取。在數(shù)控系統(tǒng)中，$TC_DP6[T,D]系統(tǒng)變量代表某一指定刀具幾何半徑值，$TC_DP3[T,D]系統(tǒng)變量代表某一指定刀具幾何長度值。（T為刀具號，D為刀具補償?shù)刂诽枺?/p>

（3）判斷刀具參數(shù)一致性 數(shù)控單元通過程序判定人工輸入的刀具參數(shù)與機床預(yù)存的刀具參數(shù)的一致性，滿足判定條件，程序繼續(xù)執(zhí)行，直至程序結(jié)束。

（4）報警提示 當不滿足判定條件（即人工輸入刀具參數(shù)有誤）時，機床停機，不再執(zhí)行加工程序，同時報警提示操作人員出現(xiàn)錯誤信息（即由數(shù)控單元將錯誤信息顯示在機床顯示器上）。

4 防錯程序

刀具使用防錯程序調(diào)用過程：啟動主程序后，自動運行N010、N020……N040步后，進入刀具使用防錯程序TOOLVERIFICATION。

N210 讀取當前主軸有效的刀具號并賦值給參數(shù)R3001。

N220 讀取當前主軸有效的刀具值并賦值給參數(shù)R3002。

N230 通過人工輸入當前所使用刀具的刀具號賦值給參數(shù)R3003。

N240 通過人工輸入當前所使用刀具的刀具半徑值賦值給參數(shù)R3004。

N250 通過人工輸入當前所使用刀具的刀具長度值賦值給參數(shù)R3005。

N260 將讀取的當前主軸有效刀具號的刀具半徑補償值賦值給R3006。

N270 將讀取的當前主軸有效刀具號的刀具長度補償值賦值給R3007。

N280 將人工輸入的刀具號、刀具半徑值及刀具長度值與機床內(nèi)設(shè)置的刀具號、刀具半徑值及刀具長度值進行比較，如果比對結(jié)果不一致，則跳轉(zhuǎn)到N290（在操作面板上顯示“輸入刀具信息與程序不符，請查正后重新輸入”信息），并直接退出程序，然后重新編輯刀具參數(shù)，再重新運行程序；如果輸入的信息與機床內(nèi)信息一致，則會跳出子程序，繼續(xù)執(zhí)行主程序N050后面的程序內(nèi)容，直至程序運行結(jié)束。

5 實用案例

加工中心如圖2所示，此加工中心無刀具庫，只能通過手動方式實現(xiàn)刀具更換。

在使用上述機床加工車體磨耗板時，預(yù)存的刀具參數(shù)與所用刀具不一致，將φ16mm孔加工成φ28mm孔，造成質(zhì)量問題，如圖3所示。

圖2 加工中心

圖3 車體磨耗板

針對上述問題，引用數(shù)控加工刀具防錯程序，具體如下。

首先，將更換的刀具從刀具柜中取出，并將刀具號、刀具長度值、刀具半徑值人工輸入至機床中，如圖4所示。

圖4 輸入刀具參數(shù)

其次，運行數(shù)控加工程序，執(zhí)行數(shù)控加工刀具防錯子程序，通過子程序判斷此刀具在機床中預(yù)存的刀具參數(shù)與人工輸入的刀具參數(shù)的一致性，如圖5所示。

最后，通過對比發(fā)現(xiàn)人工輸入的刀具參數(shù)與機床預(yù)存的刀具參數(shù)不一致，在機床顯示屏幕上出現(xiàn)報警信息時，如圖6所示，程序結(jié)束。

圖5 防錯程序及機床中刀具參數(shù)值

圖6 機床報警信息

6 結(jié)束語

通過問題分析，結(jié)合現(xiàn)有資源，編制防錯程序，降低人為因素出錯的風險，加強了使用刀具的規(guī)范性。在生產(chǎn)現(xiàn)場，數(shù)控加工過程使用刀具防錯程序后，降低了數(shù)控加工過程中因刀具參數(shù)人工設(shè)置錯誤造成的質(zhì)量問題，減少了因上述操作失誤所造成的經(jīng)濟損失，提升了產(chǎn)品合格率。