機床接觸式刀具檢測系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用
2021-07-24 07:20:28馬國艷
金屬加工(冷加工) 2021年7期
馬國艷
沈陽機床（集團）有限責(zé)任公司 遼寧沈陽 110142
1 序言
刀具在切削工件的過程中，旋轉(zhuǎn)的刀具與工件切削面的接觸致使接觸面的溫度較高，導(dǎo)致刀具的磨損量較大，一旦刀具的磨損量超過允許值，就會嚴(yán)重影響切削工件的精度。隨著機床行業(yè)的不斷發(fā)展，用戶對加工零件的精度要求越來越高，刀具磨損檢測功能的應(yīng)用也越來越普遍，越來越多的用戶選擇在機床上安裝刀具磨損檢測系統(tǒng)。
刀具磨損檢測有接觸式和非接觸式兩種，由于接觸式的刀具磨損檢測系統(tǒng)價格較非接觸式的便宜很多，而且接觸式刀具磨損檢測系統(tǒng)往往安裝在非加工區(qū)，檢測精度受加工區(qū)環(huán)境影響較小，精度容易保證；另外，接觸式刀具磨損檢測可以根據(jù)刀庫中每把刀具的特點，設(shè)置不同的磨損量，因此接觸式刀具檢測系統(tǒng)被廣泛采用。
2 接觸式刀具磨損檢測系統(tǒng)
接觸式刀具磨損檢測系統(tǒng)（見圖1）通過擺動讀數(shù)探頭來讀取需要檢測的刀具的探頭擺動角度，通過比較刀具在加工前后擺動角度的差異，來判斷刀具磨損量是否超差。
圖1 接觸式刀具磨損檢測系統(tǒng)示意
接觸式刀具檢測系統(tǒng)的工作步驟：首先對擬使用的刀具進行初始檢測，記錄初始狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)存儲在刀具磨損檢測系統(tǒng)中；其次對經(jīng)過切削加工后的刀具進行檢測，確定磨損量；最后比較刀具的初始值與切削后的監(jiān)測值，如果差值超過允許的磨損量，則發(fā)送刀具超差報警，警告機床操作人員刀具不能再使用。
3 刀具磨損檢測控制
3.1 刀具號的傳輸
刀庫中擬使用的所有刀具都應(yīng)該在切削前進行初始值的標(biāo)定，初始值的標(biāo)定動作是由數(shù)控系統(tǒng)的PLC程序控制的。以鏈?zhǔn)綆щp交換臂、刀具容量40把的刀庫中的刀具標(biāo)定為例，為節(jié)省換刀時間，將刀具的初始值標(biāo)定過程與換刀過程結(jié)合在一起。數(shù)控系統(tǒng)的PLC端需要告知刀具檢測系統(tǒng)被檢測的刀具號，而接觸式刀具磨損檢測系統(tǒng)的刀具計數(shù)形式采用的是二進制，編輯PLC程序如下。
A M 393.2; 刀檢初始檢測輸出
= Q 2.4
A M 391.2; 刀具磨損檢測輸出
= Q 2.5
A M 391.3; 刀具檢測停止
= Q 2.6
A M 392.0; 刀具計數(shù)，二進制1
= Q 2.7
A M 392.1; 刀具計數(shù)，二進制2
= Q 3.0
A M 392.2; 刀具計數(shù)，二進制4
= Q 3.1
A M 392.3; 刀具計數(shù)，二進制8
= Q 3.2
A M 392.4; 刀具計數(shù)，二進制16
= Q 3.3
A M 392.5; 刀具計數(shù)，二進制32
= Q 3.4
A M 392.6; 刀具計數(shù)，二進制64
= Q 3.5
A M 392.7; 刀具計數(shù)，二進制128
= Q 3.6
3.2 刀具初始檢測
初始檢測分兩種情況，即刀庫中未被檢測的刀具和主軸上未被檢測的刀具。刀庫中需要初始檢測的刀具需要在刀套翻轉(zhuǎn)后、換上主軸前進行檢測；主軸上需要進行初始檢測的刀具，需要在主軸上的刀具到達翻轉(zhuǎn)后的刀套后再進行檢測。編輯PLC控制程序如下。（注意：只有在初始檢測完成后，才能允許進行換刀動作。）
A(
L DB72.DBD 8
L 40
>D
)
JC M007
A(
L DB72.DBD 8 //$P_VDITCP[0]不為0，且＜40
L 0
>D
)
A(
L DB111.DBB 1 //換刀步驟
L 3
==I
)
A DB100.DBX 41.3 //倒刀到位
A DB100.DBX 41.4 //機械手原點
A DB100.DBX 41.6 //機械手剎車
A DB110.DBX 20.0 //啟動換刀程序
FP DB110.DBX 13.0
S DB101.DBX 31.2 //刀具磨損初始檢測輸出
S DB101.DBX 31.3 //刀具初始檢測啟動
A DB101.DBX 31.2 //刀具磨損初始檢測輸出
A DB100.DBX1.0 //檢測成功
O DB100.DBX1.1 //檢測失敗
L DB72.DBD8
T MW392 //傳遞初始檢測完成的刀具號
3.3 刀具磨損量檢測
切削完成后，在更換下一把刀具前，需要對刀具進行磨損量檢測。在主軸上的刀具到達刀套并且換刀門關(guān)閉后進行磨損檢測，把檢測后的刀套號賦給MW392，編輯PLC程序如下。
A(
L DB72.DBD 12
L 40
>D
)
JC M008
A(
L DB72.DBD 12 //$P_VDITCP[1]不為0，且＜40
L 0
<>D
)
A(
L DB111.DBB 1 //換刀步驟
L 9
==I
)
A DB100.DBX 41.3 //倒刀到位
A DB100.DBX 41.4 //機械手原點
A DB100.DBX 41.6 //機械手剎車
A DB110.DBX 20.0 //啟動換刀程序
FP DB110.DBX 13.1
S DB101.DBX 31.3 //刀具磨損量檢測啟動
A DB101.DBX 31.3 //刀具磨損量檢測啟動
A DB100.DBX1.0 //檢測成功
O DB100.DBX1.1 //檢測失敗
L DB72.DBD8
T MW392 //傳遞已檢測的刀具號
O DB100.DBX1.1 //檢測失敗
L DB72.DBD8
T MW36 //將檢測失敗的刀具號傳遞到另一個存儲器中，方便檢查
3.4 報警
如果刀具磨損檢測系統(tǒng)檢測出刀具磨損量超差，會發(fā)出報警信號給機床控制系統(tǒng)。系統(tǒng)接收到報警信號，要發(fā)出“擬使用的刀具磨損量超過允許值，禁止使用該刀具加工”的報警，該報警將禁止系統(tǒng)NC啟動。程序編輯如下。
A DB100.DBX2.0
= DB2.DBX220.5 //刀具磨損量超差報警
4 NC控制
4.1 判斷程序段
所有刀具在使用前都應(yīng)進行初始檢測，為避免數(shù)控系統(tǒng)重復(fù)工作，可采用NC程序來判斷刀具是否已經(jīng)初始檢測完畢，并把刀具號發(fā)送給PLC。如果已檢測完畢，則PLC跳過初始檢測步驟；如果擬使用的刀具沒有進行初始檢測，則進行初始檢測。編輯的NC程序如下。
GETSELT(_NWT); 擬使用的刀具號賦給_NWT
_SPT=$TC_MPP6[9998,1]; 主軸上的刀具號賦給_SPT
STOPRE
$P_VDITCP[0]=0; DB72.DBD8=0
$P_VDITCP[1]=0; DB72.DBD12=0
IF (_NWT<>0)
i f (($T C_T P C1[_N W T]==0) a n d ($t c_d p1[_NWT,1]>=200) and ($tc_dp1[_NWT,1]<=250))
;$TC_TPC1[_NWT] eq 0表示沒有teach; TOOL OEM PARAMETER1=0
;tool type: drill
$P_VDITCP[0]=_NWT; 把沒有teach的鉆刀發(fā)給PLC的DB72.DBD8
endif
ENDIF
IF (_SPT<>0)
if (($TC_TPC1[_SPT]==1) and ($tc_dp1[_SPT,1]>=200)and ($tc_dp1[_SPT,1]<=250))
;$TC_TPC1[_SPT] eq 1表示已經(jīng)teach完畢; TOOL OEM PARAMETER1=0
;tool type: drill
$P_VDITCP[1]=_SPT; 把已經(jīng)teach的鉆刀發(fā)給PLC變量DB72.DBD12
endif
ENDIF
4.2 磨損檢測標(biāo)定
（1）NC控制的標(biāo)定 通過NC程序區(qū)分刀具是否經(jīng)過檢測，編輯的PLC程序如下。
if ($P_VDITCP[1]<>0)
$TC_TPC1[_SPT]=0; 清除teached標(biāo)識
endif
if ($P_VDITCP[0]<>0)
$TC_TPC1[_NWT]=1; 標(biāo)識teached
endif
（2）刀具管理界面標(biāo)定 打開刀具詳細信息，可以手動更改“Tool OEM parameter 1”和“Tool OEM parameter 2”的值，刀具磨損檢測標(biāo)定如圖2所示。
圖2 刀具磨損檢測標(biāo)定
5 結(jié)束語
本文介紹了數(shù)控系統(tǒng)上刀具磨損檢測的開發(fā)與應(yīng)用，把刀具磨損檢測動作與換刀動作結(jié)合在一起，刀具的初始檢測通過NC控制刀具管理界面進行設(shè)定。該功能的開發(fā)方便了機床用戶應(yīng)用刀具磨損檢測功能，提高了磨損檢測的效率和刀具應(yīng)用的靈活性。
