機床接觸式刀具檢測系統的開發與應用

馬國艷

沈陽機床（集團）有限責任公司 遼寧沈陽 110142

1 序言

刀具在切削工件的過程中，旋轉的刀具與工件切削面的接觸致使接觸面的溫度較高，導致刀具的磨損量較大，一旦刀具的磨損量超過允許值，就會嚴重影響切削工件的精度。隨著機床行業的不斷發展，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。

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往往安裝在非加工區，檢測精度受加工區環境影響較小，精度容易保證；另外，接觸式刀具磨損檢測可以根據刀庫中每把刀具的特點，設置不同的磨損量，因此接觸式刀具檢測系統被廣泛采用。

2 接觸式刀具磨損檢測系統

接觸式刀具磨損檢測系統（見圖1）通過擺動讀數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示意

接觸式刀具檢測系統的工作步驟：首先對擬使用的刀具進行初始檢測，記錄初始狀態，并將數據存儲在刀具磨損檢測系統中；其次對經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測值，如果差值超過允許的磨損量，則發送刀具超差報警，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該在切削前進行初始值的標定，初始值的標定動作是由數控系統的PLC程序控制的。以鏈式帶雙交換臂、刀具容量40把的刀庫中的刀具標定為例，為節省換刀時間，將刀具的初始值標定過程與換刀過程結合在一起。數控系統的PLC端需要告知刀具檢測系統被檢測的刀具號，而接觸式刀具磨損檢測系統的刀具計數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，二進制1

= Q 2.7

A M 392.1; 刀具計數，二進制2

= Q 3.0

A M 392.2; 刀具計數，二進制4

= Q 3.1

A M 392.3; 刀具計數，二進制8

= Q 3.2

A M 392.4; 刀具計數，二進制16

= Q 3.3

A M 392.5; 刀具計數，二進制32

= Q 3.4

A M 392.6; 刀具計數，二進制64

= Q 3.5

A M 392.7; 刀具計數，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檢測出刀具磨損量超差，會發出報警信號給機床控制系統。系統接收到報警信號，要發出“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進行初始檢測，為避免數控系統重復工作，可采用NC程序來判斷刀具是否已經初始檢測完畢，并把刀具號發送給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teach完畢; TOOL OEM PARAMETER1=0

;tool type: drill

$P_VDITCP[1]=_SPT; 把已經teach的鉆刀發給PLC變量DB72.DBD12

endif

ENDIF

4.2 磨損檢測標定

（1）NC控制的標定 通過NC程序區分刀具是否經過檢測，編輯的PLC程序如下。

if ($P_VDITCP[1]<>0)

$TC_TPC1[_SPT]=0; 清除teached標識

endif

if ($P_VDITCP[0]<>0)

$TC_TPC1[_NWT]=1; 標識teached

endif

（2）刀具管理界面標定 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，刀具磨損檢測標定如圖2所示。

圖2 刀具磨損檢測標定

5 結束語

本文介紹了數控系統上刀具磨損檢測的開發與應用，把刀具磨損檢測動作與換刀動作結合在一起，刀具的初始檢測通過NC控制刀具管理界面進行設定。該功能的開發方便了機床用戶應用刀具磨損檢測功能，提高了磨損檢測的效率和刀具應用的靈活性。