ARTIS CTM-V6刀具監控系統應用不同傳感器的試驗對比

■沈陽機床股份有限公司 （遼寧 110142） 薛慶鑫 魏廣元

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1.試驗目的

本項目以云南CY集團有限公司智能車間項目中某型號高剛度數控車床為對象，通過ARTIS刀具監控系統監控機床在持續加工工件情況下機床刀具狀態，驗證ARTIS刀具監控系統在機床加工過程中，刀具出現問題時的響應是否可以及時有效。

因為CTM-V6系統需要將CTM卡安裝在PCI插槽并進行數據傳輸，西門子840Dsl系統可以滿足條件，而國產系統（本次使用的是華中818A數控系統）則沒有PCI插槽，所以必須通過工控機將數據信號轉到顯示器。另一方面，使用西門子840Dsl系統時CTM-V6系統可以直接從西門子系統采集扭矩信號，用以監控刀具變化。而國產系統沒有此功能，需要使用力矩傳感器來采集扭矩信號。

本次試驗目的是監控刀具極限加工時的損耗和控制效果，對比不同數據采集方式的優缺點。選擇適合的刀具監控系統來降低機床運行成本，提升機床可靠性。

2.ARTIS刀具監控系統產品功能

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

（2）報警信息通過Profibus總線（國產系統用I/O點）傳輸給數控系統，同時激活報警信息，根據不同報警等級，NC系統自動選擇報警或者停止機床運行。

（3）此系統對推測刀具使用壽命有一個可靠的依據和保證。采購人員也會因此制定更加合理的批量采購計劃。有效降低企業每天的生產運行成本。

3.刀具監控系統組成

刀具監控系統兩種方式產品組成如附表所示。本次試驗暫時使用西門子顯示器代替工控機來顯示數據。DTA是使用西門子系統自帶扭矩數據，CFM4是使用力矩傳感器采集扭矩數據。產品聯接順序如圖1、圖2所示。

4.現場報警參數設置

（1）報警參數設置，學習曲線：使用新刀試切樣件，所得信號的峰值設置為100%，面積設置為100%。即為學習曲線（圖3～圖5中淡綠色填充圖）。學習曲線是理想曲線，這時刀具完全沒有磨損。ARTIS系統以此曲線作為標準曲線參照，進行加工的調整及報警參考。

刀具監控系統表

圖1 DTA連線圖

（2）缺刀參數設置：缺刀曲線面積小于50%時系統提示缺刀報警。

（3）鈍刀參數設置：更換到一把工藝認為已經磨損嚴重，不再使用的舊刀，試切。記錄面積數值130%，峰值數值130%，將鈍刀面積數值設置為125%。當實際加工時，實際切削面積大于設置的鈍刀面積時，系統將提示鈍刀報警。

鈍刀設置值是根據實際情況而定的，出現實際鈍刀報警而發現刀具磨損不嚴重，則證明鈍刀設置偏低，調整鈍刀報警上限到148%。

（4）斷刀參數設置：斷刀報警值暫時設置130%。當實際加工出現斷刀報警后，發現刀具并沒有斷，證明斷刀報警值偏低，可以對斷刀上限值進行相應的調整如150%。

（5）實際切削監測圖形如圖3～圖5所示，上面窗口為DTA窗口，即系統采集西門子電動機扭矩信號；下面窗口為CFM4窗口，即系統采集力矩傳感器信號。

圖3 學習曲線

圖2 CFM4連線圖

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

圖4 加工試驗曲線變化

圖5 大切深試驗曲線變化

可見CFM4曲線相對DTA曲線敏感，曲線變化快速。因此設置斷刀、鈍刀等參數時需要加大。進行破壞性試驗，加大切削進給量試驗。可以看出圖4出現紅色狀態曲線，曲線快速上升，證明切削扭矩快速增加；圖5紅色狀態曲線上升，尾端快速上升到達預警位置，系統右側提示欄提示鈍刀狀態。CTM系統報警并通過NC系統將機床各動力軸斷開，檢查現場刀具有輕微損壞。證明ARTIS系統可以最大程度保護機床，試驗成功。

5.結語

經過刀具初始學習后，進行刀具磨損、刀具缺刀以及破壞性刀具斷刀試驗。ARTIS兩種采集方式均能快速、準確地捕捉到機床加工過程中刀具出現的各種異常情況，及時進行報警處理。

（1）CFM-4采集方式的刀具監控系統優點是可以適用于多種系統，對于刀具監控更敏感；缺點是需要增加傳感器、信號轉換器，部分系統沒有PCI插槽，還需要增加工控機用來顯示，成本較高。

（2）DAT采集方式的刀具監控系統優點是組件少，方便配置，節省空間，成本相對低一些。缺點是對數控系統要求比較嚴（例如PCI插槽，西門子840Dsl系統需單獨訂P60、HMI-SL等權限），如無相應功能則無法使用。

總的來說無論選擇哪款配置，都可以對提高機床加工效率、改善產品質量有一定的保障作用，也有助于機床的維護保養和故障診斷。