機(jī)床接觸式刀具檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

馬國(guó)艷

沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 遼寧沈陽(yáng) 110142

1 序言

刀具在切削工件的過(guò)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(guò)允許值，就會(huì)嚴(yán)重影響切削工件的精度。隨著機(jī)床行業(yè)的不斷發(fā)展，用戶對(duì)加工零件的精度要求越來(lái)越高，刀具磨損檢測(cè)功能的應(yīng)用也越來(lái)越普遍，越來(lái)越多的用戶選擇在機(jī)床上安裝刀具磨損檢測(cè)系統(tǒng)。

刀具磨損檢測(cè)有接觸式和非接觸式兩種，由于接觸式的刀具磨損檢測(cè)系統(tǒng)價(jià)格較非接觸式的便宜很多，而且接觸式刀具磨損檢測(cè)系統(tǒng)往往安裝在非加工區(qū)，檢測(cè)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(cè)可以根據(jù)刀庫(kù)中每把刀具的特點(diǎn)，設(shè)置不同的磨損量，因此接觸式刀具檢測(cè)系統(tǒng)被廣泛采用。

2 接觸式刀具磨損檢測(cè)系統(tǒng)

接觸式刀具磨損檢測(cè)系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）通過(guò)擺動(dòng)讀數(shù)探頭來(lái)讀取需要檢測(cè)的刀具的探頭擺動(dòng)角度，通過(guò)比較刀具在加工前后擺動(dòng)角度的差異，來(lái)判斷刀具磨損量是否超差。

圖1 接觸式刀具磨損檢測(cè)系統(tǒng)示意

接觸式刀具檢測(cè)系統(tǒng)的工作步驟：首先對(duì)擬使用的刀具進(jìn)行初始檢測(cè)，記錄初始狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在刀具磨損檢測(cè)系統(tǒng)中；其次對(duì)經(jīng)過(guò)切削加工后的刀具進(jìn)行檢測(cè)，確定磨損量；最后比較刀具的初始值與切削后的監(jiān)測(cè)值，如果差值超過(guò)允許的磨損量，則發(fā)送刀具超差報(bào)警，警告機(jī)床操作人員刀具不能再使用。

3 刀具磨損檢測(cè)控制

3.1 刀具號(hào)的傳輸

刀庫(kù)中擬使用的所有刀具都應(yīng)該在切削前進(jìn)行初始值的標(biāo)定，初始值的標(biāo)定動(dòng)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(kù)中的刀具標(biāo)定為例，為節(jié)省換刀時(shí)間，將刀具的初始值標(biāo)定過(guò)程與換刀過(guò)程結(jié)合在一起。數(shù)控系統(tǒng)的PLC端需要告知刀具檢測(cè)系統(tǒng)被檢測(cè)的刀具號(hào)，而接觸式刀具磨損檢測(cè)系統(tǒng)的刀具計(jì)數(shù)形式采用的是二進(jìn)制，編輯PLC程序如下。

A M 393.2; 刀檢初始檢測(cè)輸出

= Q 2.4

A M 391.2; 刀具磨損檢測(cè)輸出

= Q 2.5

A M 391.3; 刀具檢測(cè)停止

= Q 2.6

A M 392.0; 刀具計(jì)數(shù)，二進(jìn)制1

= Q 2.7

A M 392.1; 刀具計(jì)數(shù)，二進(jìn)制2

= Q 3.0

A M 392.2; 刀具計(jì)數(shù)，二進(jìn)制4

= Q 3.1

A M 392.3; 刀具計(jì)數(shù)，二進(jìn)制8

= Q 3.2

A M 392.4; 刀具計(jì)數(shù)，二進(jìn)制16

= Q 3.3

A M 392.5; 刀具計(jì)數(shù)，二進(jìn)制32

= Q 3.4

A M 392.6; 刀具計(jì)數(shù)，二進(jìn)制64

= Q 3.5

A M 392.7; 刀具計(jì)數(shù)，二進(jìn)制128

= Q 3.6

3.2 刀具初始檢測(cè)

初始檢測(cè)分兩種情況，即刀庫(kù)中未被檢測(cè)的刀具和主軸上未被檢測(cè)的刀具。刀庫(kù)中需要初始檢測(cè)的刀具需要在刀套翻轉(zhuǎn)后、換上主軸前進(jìn)行檢測(cè)；主軸上需要進(jìn)行初始檢測(cè)的刀具，需要在主軸上的刀具到達(dá)翻轉(zhuǎn)后的刀套后再進(jìn)行檢測(cè)。編輯PLC控制程序如下。（注意：只有在初始檢測(cè)完成后，才能允許進(jìn)行換刀動(dòng)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(jī)械手原點(diǎn)

A DB100.DBX 41.6 //機(jī)械手剎車

A DB110.DBX 20.0 //啟動(dòng)換刀程序

FP DB110.DBX 13.0

S DB101.DBX 31.2 //刀具磨損初始檢測(cè)輸出

S DB101.DBX 31.3 //刀具初始檢測(cè)啟動(dòng)

A DB101.DBX 31.2 //刀具磨損初始檢測(cè)輸出

A DB100.DBX1.0 //檢測(cè)成功

O DB100.DBX1.1 //檢測(cè)失敗

L DB72.DBD8

T MW392 //傳遞初始檢測(cè)完成的刀具號(hào)

3.3 刀具磨損量檢測(cè)

切削完成后，在更換下一把刀具前，需要對(duì)刀具進(jìn)行磨損量檢測(cè)。在主軸上的刀具到達(dá)刀套并且換刀門關(guān)閉后進(jìn)行磨損檢測(cè)，把檢測(cè)后的刀套號(hào)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(jī)械手原點(diǎn)

A DB100.DBX 41.6 //機(jī)械手剎車

A DB110.DBX 20.0 //啟動(dòng)換刀程序

FP DB110.DBX 13.1

S DB101.DBX 31.3 //刀具磨損量檢測(cè)啟動(dòng)

A DB101.DBX 31.3 //刀具磨損量檢測(cè)啟動(dòng)

A DB100.DBX1.0 //檢測(cè)成功

O DB100.DBX1.1 //檢測(cè)失敗

L DB72.DBD8

T MW392 //傳遞已檢測(cè)的刀具號(hào)

O DB100.DBX1.1 //檢測(cè)失敗

L DB72.DBD8

T MW36 //將檢測(cè)失敗的刀具號(hào)傳遞到另一個(gè)存儲(chǔ)器中，方便檢查

3.4 報(bào)警

如果刀具磨損檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)出刀具磨損量超差，會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)給機(jī)床控制系統(tǒng)。系統(tǒng)接收到報(bào)警信號(hào)，要發(fā)出“擬使用的刀具磨損量超過(guò)允許值，禁止使用該刀具加工”的報(bào)警，該報(bào)警將禁止系統(tǒng)NC啟動(dòng)。程序編輯如下。

A DB100.DBX2.0

= DB2.DBX220.5 //刀具磨損量超差報(bào)警

4 NC控制

4.1 判斷程序段

所有刀具在使用前都應(yīng)進(jìn)行初始檢測(cè)，為避免數(shù)控系統(tǒng)重復(fù)工作，可采用NC程序來(lái)判斷刀具是否已經(jīng)初始檢測(cè)完畢，并把刀具號(hào)發(fā)送給PLC。如果已檢測(cè)完畢，則PLC跳過(guò)初始檢測(cè)步驟；如果擬使用的刀具沒(méi)有進(jìn)行初始檢測(cè)，則進(jìn)行初始檢測(cè)。編輯的NC程序如下。

GETSELT(_NWT); 擬使用的刀具號(hào)賦給_NWT

_SPT=$TC_MPP6[9998,1]; 主軸上的刀具號(hào)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(méi)有teach; TOOL OEM PARAMETER1=0

;tool type: drill

$P_VDITCP[0]=_NWT; 把沒(méi)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(cè)標(biāo)定

（1）NC控制的標(biāo)定 通過(guò)NC程序區(qū)分刀具是否經(jīng)過(guò)檢測(cè)，編輯的PLC程序如下。

if ($P_VDITCP[1]<>0)

$TC_TPC1[_SPT]=0; 清除teached標(biāo)識(shí)

endif

if ($P_VDITCP[0]<>0)

$TC_TPC1[_NWT]=1; 標(biāo)識(shí)teached

endif

（2）刀具管理界面標(biāo)定 打開(kāi)刀具詳細(xì)信息，可以手動(dòng)更改“Tool OEM parameter 1”和“Tool OEM parameter 2”的值，刀具磨損檢測(cè)標(biāo)定如圖2所示。

圖2 刀具磨損檢測(cè)標(biāo)定

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了數(shù)控系統(tǒng)上刀具磨損檢測(cè)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，把刀具磨損檢測(cè)動(dòng)作與換刀動(dòng)作結(jié)合在一起，刀具的初始檢測(cè)通過(guò)NC控制刀具管理界面進(jìn)行設(shè)定。該功能的開(kāi)發(fā)方便了機(jī)床用戶應(yīng)用刀具磨損檢測(cè)功能，提高了磨損檢測(cè)的效率和刀具應(yīng)用的靈活性。