加工中心刀具參數自動校對和防錯的解決方案

王佳偉，秦貴忠，朱平，歐虎，趙信強

中車資陽機車有限公司 四川資陽 641300

1 序言

臥式加工中心（數控操作系統：西門子840D，機床：西班牙鏜銑加工中心）作為發動機部件加工的一種常用設備，在部件加工過程中有著不可替代的作用。由于臥式加工中心使用過程中刀具種類多，刀具庫用于存儲刀具的位置不夠，所以在加工不同種類曲軸時，需手動更換刀具庫中的刀具，刀具更換后就要重新輸入刀具參數。人工輸入刀具參數不可避免地會出錯，在實際使用時，也會因刀具參數輸錯、沒有及時發現而導致發生質量問題。

2 問題分析

要避免出現刀具參數錯誤導致的質量問題，最妥當的方法就是能對刀具參數進行自動輸入和自動檢查。而刀具參數的自動讀入會造成原本正確的刀具磨損參數被覆蓋掉，如若沒有及時發現，也有可能造成質量事故。另一種解決方案為由計算機對操作人員手動輸入的刀具參數進行分析對比，對刀具的參數差異進行輸出和提示，此方案更符合現場的實際使用需求。

要想對刀具參數的修改分析對比，則需要由計算機對正確的刀具參數進行備份，以及對正確刀具參數和機床中現有的刀具參數進行比對檢查，當有問題時及時報警或停止，并提示操作人員。

機床中的刀具參數作為實數類型數據，如果存儲于R參數表中，則需要大量的R參數用于數據存儲，而西班牙鏜銑加工中心可使用的R參數只有99個，要想用于存儲刀具參數，則只能存儲3～4把刀具的參數，是遠遠不夠的，所以需要找尋其他的數據存儲位置。

3 解決方案

為了實現刀具參數的自動檢查及對檢查差異數據輸出，需要開發刀具參數備份程序、現有刀具參數與之前備份刀具參數比對檢查這兩大核心程序。

3.1 刀具參數備份主程序設計

刀具參數不能全部存儲于R參數表中，而數控加工程序中有大量的數據及其他字符。如果能將刀具參數存儲于特定的數控程序中，則存儲的數據量將大幅增加[1]，因此需要通過字符串進行數據的中間轉換。可以通過定義“string”類型數據，作為中間轉換數據的臨時存儲位置，將數據轉換為字符串[2]。數據轉換為字符串后，只是臨時存儲于NC中，一旦重啟機床，數據將全部丟失。為了將數據永久存儲，需要將數據存儲于程序中，以文本文檔存放在硬盤中，這樣才可以保證數據不丟失。引入“WRITE”指令，將字符串數據寫入到自己命名的存儲位置。此時寫入的數據為一堆數值，查看很不方便。為了方便數據查看，將刀具參數與R參數順序一一對應輸出，例如R3與$TC_DP3一一對應，代表刀具長度參數，將<<"R3="<<$TC_DP3[r1,r2]整體作為字符串進行輸出，通過定義ZK1為字符串，即ZK1=<<"R3="<<$TC_DP3[r1,r2]，將長度刀具參數輸出為字符串ZK1。此時再通過WRITE指令，將ZK1字符串寫入到編程目錄文件JC1子程序中，即WRITE(ERROR,”/_N_WKS_DIR/_N_8320_TXX_QZ_WPD/_N_JC1_spf”,zk1)。

參數備份傳遞原理如圖1所示。

圖1 刀具參數備份原理

由于刀具參數的備份是為了以后程序自動調用，因此將程序參數文檔輸出為spf子程序類型，同時在程序中添加備份時間，以方便后期查看。在備份程序末尾添加M17結束指令，用于子程序結束和后期對該子程序的調用。為了程序使用簡單方便，將刀具參數備份核心程序設計為專門的子程序DJCSBF。為了實現一個子程序備份所有刀具，引入參數化編程理念，將刀具號用R1表示，刀補號用R2表示。這樣通過R1和R2參數的變化，可實現所有刀具的參數讀取和調用。

針對T53D1刀具的長度參數和半徑參數，進行刀具參數備份主程序設計如下（其他參數備份使用相同方法進行）。

3.2 刀具參數備份子程序DJCSBF設計

刀具參數進行備份，最終目的是為了實現機床自動提取數據與判斷數據。要想實現對備份刀具參數的提取，在刀具參數備份時就需要對參數進行區分。此時可以引入R90用于和R1代表的刀具號進行比對，引入R91用于與R2代表的刀補號進行比對，只有當兩個都滿足時，才可以提取相應的刀具參數到R參數表中。為此在刀具參數備份子程序中，通過“WRITE”命令將“IF”指令以字符串的形式備份到刀具參數中，用于對刀具參數數據的提取判斷。“$TC_DP3[r1,r2]”代表刀具長度參數，“$TC_DP6[r1,r2]”代表刀具半徑參數，其他參數使用此相同方法進行，此處不再贅述。最終將所有刀具參數備份到子程序“JC1”中。

以下是DJCSBF子程序中具體內容。

備份好的參數存儲在子程序JC1中，打開后如下所示。

3.3 刀具參數檢查主程序設計

在將刀具參數備份到子程序JC1中后，參數的備份就結束了。當某一刀位，操作人員進行換刀并輸入刀具參數后，對于刀具參數的正確性需運行刀具參數檢查主程序進行自動檢查。檢查過程需將備份子程序中的刀具號和刀補號對應的刀具參數進行輸出，此時檢查主程序中引入R90用于和JC1刀具參數中R90參數進行比對，引入R91用于和JC1刀具參數中R91參數進行比對，只有當兩個都相同時，將此段的參數全部輸出到R參數表中（原理見圖2），例如T53D1刀具，當R90=53、R91=1時，R3參數被賦予193.225，R6參數賦予5。

圖2 刀具參數檢查原理

以下為刀具參數檢查主程序內容。

3.4 刀具參數檢查子程序DJCSJC設計

當刀具備份參數與實際機床中刀具參數相同時，什么動作也不執行；當備份刀具參數與實際機床中刀具參數不相同時，此時機床顯示屏幕上顯示MSG提示信息，同時程序停止執行，提示操作人員檢查刀具參數的正確性[3]。

以下為刀具參數檢查子程序內容。

4 結束語

通過以上刀具參數備份程序和刀具參數檢查程序的使用，大大減少了操作人員因刀具參數輸錯而導致的質量事故，提前將錯誤暴露出來，避免重大安全、質量事故的發生。