■沈陽機(jī)床股份有限公司 （遼寧 110142） 薛慶鑫 魏廣元

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1.試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

本項(xiàng)目以云南CY集團(tuán)有限公司智能車間項(xiàng)目中某型號(hào)高剛度數(shù)控車床為對(duì)象，通過ARTIS刀具監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控機(jī)床在持續(xù)加工工件情況下機(jī)床刀具狀態(tài)，驗(yàn)證ARTIS刀具監(jiān)控系統(tǒng)在機(jī)床加工過程中，刀具出現(xiàn)問題時(shí)的響應(yīng)是否可以及時(shí)有效。

因?yàn)镃TM-V6系統(tǒng)需要將CTM卡安裝在PCI插槽并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，西門子840Dsl系統(tǒng)可以滿足條件，而國產(chǎn)系統(tǒng)（本次使用的是華中818A數(shù)控系統(tǒng)）則沒有PCI插槽，所以必須通過工控機(jī)將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)到顯示器。另一方面，使用西門子840Dsl系統(tǒng)時(shí)CTM-V6系統(tǒng)可以直接從西門子系統(tǒng)采集扭矩信號(hào)，用以監(jiān)控刀具變化。而國產(chǎn)系統(tǒng)沒有此功能，需要使用力矩傳感器來采集扭矩信號(hào)。

本次試驗(yàn)?zāi)康氖潜O(jiān)控刀具極限加工時(shí)的損耗和控制效果，對(duì)比不同數(shù)據(jù)采集方式的優(yōu)缺點(diǎn)。選擇適合的刀具監(jiān)控系統(tǒng)來降低機(jī)床運(yùn)行成本，提升機(jī)床可靠性。

2.ARTIS刀具監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品功能

（1）通過采集扭矩變化的數(shù)據(jù)可以檢測機(jī)床在加工過程中產(chǎn)生的刀具異常破損、刀具磨損和刀具丟失等情況。

（2）報(bào)警信息通過Profibus總線（國產(chǎn)系統(tǒng)用I/O點(diǎn)）傳輸給數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)激活報(bào)警信息，根據(jù)不同報(bào)警等級(jí)，NC系統(tǒng)自動(dòng)選擇報(bào)警或者停止機(jī)床運(yùn)行。

（3）此系統(tǒng)對(duì)推測刀具使用壽命有一個(gè)可靠的依據(jù)和保證。采購人員也會(huì)因此制定更加合理的批量采購計(jì)劃。有效降低企業(yè)每天的生產(chǎn)運(yùn)行成本。

3.刀具監(jiān)控系統(tǒng)組成

刀具監(jiān)控系統(tǒng)兩種方式產(chǎn)品組成如附表所示。本次試驗(yàn)暫時(shí)使用西門子顯示器代替工控機(jī)來顯示數(shù)據(jù)。DTA是使用西門子系統(tǒng)自帶扭矩?cái)?shù)據(jù)，CFM4是使用力矩傳感器采集扭矩?cái)?shù)據(jù)。產(chǎn)品聯(lián)接順序如圖1、圖2所示。

4.現(xiàn)場報(bào)警參數(shù)設(shè)置

（1）報(bào)警參數(shù)設(shè)置，學(xué)習(xí)曲線：使用新刀試切樣件，所得信號(hào)的峰值設(shè)置為100%，面積設(shè)置為100%。即為學(xué)習(xí)曲線（圖3～圖5中淡綠色填充圖）。學(xué)習(xí)曲線是理想曲線，這時(shí)刀具完全沒有磨損。ARTIS系統(tǒng)以此曲線作為標(biāo)準(zhǔn)曲線參照，進(jìn)行加工的調(diào)整及報(bào)警參考。

刀具監(jiān)控系統(tǒng)表

圖1 DTA連線圖

（2）缺刀參數(shù)設(shè)置：缺刀曲線面積小于50%時(shí)系統(tǒng)提示缺刀報(bào)警。

（3）鈍刀參數(shù)設(shè)置：更換到一把工藝認(rèn)為已經(jīng)磨損嚴(yán)重，不再使用的舊刀，試切。記錄面積數(shù)值130%，峰值數(shù)值130%，將鈍刀面積數(shù)值設(shè)置為125%。當(dāng)實(shí)際加工時(shí)，實(shí)際切削面積大于設(shè)置的鈍刀面積時(shí)，系統(tǒng)將提示鈍刀報(bào)警。

鈍刀設(shè)置值是根據(jù)實(shí)際情況而定的，出現(xiàn)實(shí)際鈍刀報(bào)警而發(fā)現(xiàn)刀具磨損不嚴(yán)重，則證明鈍刀設(shè)置偏低，調(diào)整鈍刀報(bào)警上限到148%。

（4）斷刀參數(shù)設(shè)置：斷刀報(bào)警值暫時(shí)設(shè)置130%。當(dāng)實(shí)際加工出現(xiàn)斷刀報(bào)警后，發(fā)現(xiàn)刀具并沒有斷，證明斷刀報(bào)警值偏低，可以對(duì)斷刀上限值進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整如150%。

（5）實(shí)際切削監(jiān)測圖形如圖3～圖5所示，上面窗口為DTA窗口，即系統(tǒng)采集西門子電動(dòng)機(jī)扭矩信號(hào)；下面窗口為CFM4窗口，即系統(tǒng)采集力矩傳感器信號(hào)。

圖3 學(xué)習(xí)曲線

圖2 CFM4連線圖

由圖形可以分析出，綠色部分為學(xué)習(xí)曲線，可以看出DTA曲線約30%，CFM4曲線約40%。深藍(lán)色部分為實(shí)際切削過程中與學(xué)習(xí)曲線重合的部分。紅色部分為實(shí)際切削過程中超出學(xué)習(xí)曲線的部分，可以看出DTA曲線約40%，CFM4曲線約60%。黃色橫線為斷刀上限，DTA曲線設(shè)置為77%，CFM4曲線設(shè)置為100%。

圖4 加工試驗(yàn)曲線變化

圖5 大切深試驗(yàn)曲線變化

可見CFM4曲線相對(duì)DTA曲線敏感，曲線變化快速。因此設(shè)置斷刀、鈍刀等參數(shù)時(shí)需要加大。進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，加大切削進(jìn)給量試驗(yàn)。可以看出圖4出現(xiàn)紅色狀態(tài)曲線，曲線快速上升，證明切削扭矩快速增加；圖5紅色狀態(tài)曲線上升，尾端快速上升到達(dá)預(yù)警位置，系統(tǒng)右側(cè)提示欄提示鈍刀狀態(tài)。CTM系統(tǒng)報(bào)警并通過NC系統(tǒng)將機(jī)床各動(dòng)力軸斷開，檢查現(xiàn)場刀具有輕微損壞。證明ARTIS系統(tǒng)可以最大程度保護(hù)機(jī)床，試驗(yàn)成功。

5.結(jié)語

經(jīng)過刀具初始學(xué)習(xí)后，進(jìn)行刀具磨損、刀具缺刀以及破壞性刀具斷刀試驗(yàn)。ARTIS兩種采集方式均能快速、準(zhǔn)確地捕捉到機(jī)床加工過程中刀具出現(xiàn)的各種異常情況，及時(shí)進(jìn)行報(bào)警處理。

（1）CFM-4采集方式的刀具監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是可以適用于多種系統(tǒng)，對(duì)于刀具監(jiān)控更敏感；缺點(diǎn)是需要增加傳感器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器，部分系統(tǒng)沒有PCI插槽，還需要增加工控機(jī)用來顯示，成本較高。

（2）DAT采集方式的刀具監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是組件少，方便配置，節(jié)省空間，成本相對(duì)低一些。缺點(diǎn)是對(duì)數(shù)控系統(tǒng)要求比較嚴(yán)（例如PCI插槽，西門子840Dsl系統(tǒng)需單獨(dú)訂P60、HMI-SL等權(quán)限），如無相應(yīng)功能則無法使用。

總的來說無論選擇哪款配置，都可以對(duì)提高機(jī)床加工效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量有一定的保障作用，也有助于機(jī)床的維護(hù)保養(yǎng)和故障診斷。