加工妙招：不占用原加工程序的加工節(jié)拍對刀具進(jìn)行破損檢測

摘要：本文針對數(shù)控機(jī)床加工效率、成本控制再提高問題，提出從機(jī)床功能控制方面的進(jìn)一步完善方案，即充分利用數(shù)控設(shè)備的換刀過程，達(dá)到不占用原加工程序的加工節(jié)拍，對所需刀具進(jìn)行破損檢測，及時發(fā)現(xiàn)問題，達(dá)到效率提高、成本降低的目的。1.

開發(fā)背景如圖1所示，早期的刀具破損檢測裝置安裝在工作區(qū)內(nèi)，加工單元結(jié)束后需要進(jìn)行刀尖路徑控制TPC（TOOLPATHCONTROL）完成破損檢測判斷，雖然價格低廉、操作簡單，但面對緊張的節(jié)拍要求已經(jīng)毫無競爭力。此外，龐大的夾具體以及刀具交換的干涉限制，使得標(biāo)準(zhǔn)的破損檢測裝置在工作區(qū)已經(jīng)沒有立足之地。如圖2所示的原臥式加工中心機(jī)型TBD方案，在刀庫內(nèi)沿用觸壓發(fā)令裝置，為了避免干涉，需要在刀架抬起后驅(qū)動檢測裝置移動，觸發(fā)退回到安全位置后方才允許刀庫動作，嚴(yán)重影響加工節(jié)拍。圖1圖2以某發(fā)動機(jī)缸蓋生產(chǎn)線為例，下面說明加工節(jié)拍在汽車零部件加工行業(yè)的重要意義。以前機(jī)床內(nèi)刀具破損檢測每次檢測用時3s，缸蓋線用刀86把，有51把刀要進(jìn)行破損檢測。如果用機(jī)床內(nèi)破損檢測要多用時153s，而缸蓋線單臺節(jié)拍為144s，僅僅在破損檢測上的耗時就要增加一臺設(shè)備，又因?yàn)樯a(chǎn)線為A、B線，因此實(shí)際上要增加2臺設(shè)備才能滿足要求。從整個項(xiàng)目來看，采用“刀庫內(nèi)破損檢測”方案將減少10%的設(shè)備投資。獲得的其他生產(chǎn)優(yōu)勢：降低廢品率；降低高成本刀具損壞率；保護(hù)設(shè)備；降低停機(jī)時間；降低維修成本；最大化刀具利用率；夜間實(shí)現(xiàn)無人值守。2.檢測功能的開發(fā)適用機(jī)型為帶有ATC手臂的V型加工中心全機(jī)型。方案可行性分析如下，機(jī)床控制系統(tǒng)準(zhǔn)備刀具位置的刀具長度可讀取，無桿電缸驅(qū)動系統(tǒng)點(diǎn)位控制可編輯，可實(shí)現(xiàn)間隔1mm的255個位置控制，刀庫側(cè)裝置安裝空間足夠，且檢測傳感器可沿刀具軸向移動。如圖3所示，系統(tǒng)硬件主要由系統(tǒng)接口、馬達(dá)控制器、步進(jìn)電動機(jī)、無桿電缸以及激光傳感器五部分組成。圖3（1）控制原理介紹：I/O功能擴(kuò)展，利用數(shù)控系統(tǒng)的通訊接口，新增遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展板卡，具體選型如表1所示，擴(kuò)展遠(yuǎn)程I/O板卡各組成及功能如圖4所示。圖4各地址分配及功能如表2所示。電氣連接圖紙，擴(kuò)展遠(yuǎn)程I/O板卡與外部控制器連接如圖5所示。圖5系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀取，通過系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)接口地址“R402”可讀取當(dāng)前加工刀具的長度數(shù)據(jù)。激光傳感器的應(yīng)用，數(shù)字CMOS激光傳感器應(yīng)用了三角原理的測量方法，可設(shè)定有效檢測范圍，解決了多重反射檢測問題。加工程序編輯程序如下：M171T35T09M6

(欲對#35刀具進(jìn)行加工后的破損檢測)G90G54.1P1G0X0.Y0.M3S2288(1890)B270000.A0.G99G81Z-22.3R1.F405(358)M155

(需在#35刀具進(jìn)行加工時添加M指令)G80G0Z2.#579=#579+1M171T09T07M6（2）控制動作說明，利用當(dāng)前主軸刀具長度的接口地址，經(jīng)過梯形圖數(shù)據(jù)處理，換算成當(dāng)前需要的位置控制數(shù)據(jù)；在加工程序中添加需要執(zhí)行刀具破損檢測的M指令，提前將位置控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)今R達(dá)控制器數(shù)據(jù)接口作為目標(biāo)位置存儲；當(dāng)前加工單元結(jié)束發(fā)出ATC指令后，步進(jìn)電動機(jī)根據(jù)接收到的啟動指令以及定位數(shù)據(jù)提前快速定位到目標(biāo)位置。ATC動作結(jié)束后，刀架抬起進(jìn)行下一把刀具的選擇。刀架抬起過程中根據(jù)刀具長度定位的激光傳感器適時檢測有無刀尖觸發(fā)的脈沖信號發(fā)出，如果在此過程中檢測到脈沖信號，說明刀具無破損，可正常執(zhí)行后續(xù)加工；如果在此過程中檢測不到脈沖信號，說明刀具已經(jīng)破損，機(jī)床進(jìn)入進(jìn)給保持狀態(tài)并出現(xiàn)“刀具檢測異?！眻缶?。（3）其他注意事項(xiàng)。由于刀庫內(nèi)油污、切屑等影響，有可能造成漫反射信號的誤發(fā)令，需要定期清理裝置及周邊環(huán)境。刀庫內(nèi)最大直徑刀具有可能造成相鄰刀具檢測的物理干涉，需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行刀庫內(nèi)刀具安裝位置的合理分配。為了避免由于檢測裝置移動造成刀庫旋轉(zhuǎn)的干涉，需要增加安全位置確認(rèn)傳感器，通過梯形圖控制有效保證設(shè)備的安全運(yùn)行。3.功能完善在實(shí)際應(yīng)用過程中，受到刀尖形狀、粗糙度的影響，需要結(jié)合實(shí)際破損情況對檢測部位進(jìn)行調(diào)整（見圖6）。因此，如果檢測條件允許，亦可將激光傳感器替換成接觸式的撥桿傳感器，以應(yīng)對各種