數(shù)控加工過程刀具使用防錯(cuò)法

萬景元，張忠海，尹超，甄祥

中車唐山機(jī)車車輛有限公司 河北唐山 064000

1 序言

隨著軌道交通市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，其產(chǎn)品種類、數(shù)量與日俱增。針對(duì)不同的需求，生產(chǎn)制造了不同種類的產(chǎn)品，在產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中，數(shù)控加工發(fā)揮著重要的作用。一般情況下，數(shù)控加工中心的刀具配備量少則幾把，多則上百把，而刀具數(shù)量、種類的增加，使得各種類型、規(guī)格的刀具并存，刀具在機(jī)床與刀具庫之間的交換也變得更加頻繁。

2 刀具使用現(xiàn)狀

1）刀具需要更換時(shí)，操作人員首先使用對(duì)刀儀（紅外探測(cè)器）測(cè)量出刀具的長(zhǎng)度、半徑，并記錄，然后人工將測(cè)量數(shù)值輸入到加工中心刀具補(bǔ)償寄存器中，以補(bǔ)償?shù)毒咴陂L(zhǎng)度、半徑上的數(shù)值。在人為輸入眾多刀具參數(shù)的過程中，常出現(xiàn)以下問題：①數(shù)字設(shè)置正確，但刀具補(bǔ)償值中的小數(shù)點(diǎn)輸入錯(cuò)誤。②刀具補(bǔ)償本身的數(shù)字輸入錯(cuò)誤。這些問題帶來的后果是機(jī)床碰撞、加工錯(cuò)誤等質(zhì)量問題，并伴隨著巨大的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，數(shù)控加工作業(yè)的環(huán)境會(huì)使刀具參數(shù)記錄表污損，不利于保存。

2）在進(jìn)行手動(dòng)更換刀具時(shí)，將刀具參數(shù)預(yù)先輸入到刀具補(bǔ)償器中，然后將本工序所需要的刀具直接安裝到主軸上，最后進(jìn)行加工。但此過程未對(duì)換取的刀具進(jìn)行檢測(cè)，易出現(xiàn)刀具號(hào)與實(shí)際刀具參數(shù)不一致的情況，造成質(zhì)量問題。

3 刀具使用防錯(cuò)方法

通常情況下，操作人員需將對(duì)刀儀測(cè)量的刀具參數(shù)輸入加工中心中，然后完成手動(dòng)更換刀具，最后通過加工中心編制刀尖與基準(zhǔn)塊之間距離的程序，待程序運(yùn)行完畢后，測(cè)量其距離，完成刀具號(hào)及刀具參數(shù)的驗(yàn)證。但面對(duì)眾多刀具時(shí)，此方法花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，不利于操作。

針對(duì)上述現(xiàn)狀，并結(jié)合加工中心數(shù)控系統(tǒng)程序控制方法，研究出刀具使用防錯(cuò)程序。此程序需放置在當(dāng)前有效的刀具參數(shù)之后，加工程序段運(yùn)行之前，通過程序的調(diào)用，對(duì)刀具參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。程序流程如圖1所示。

圖1 程序流程

（1）運(yùn)行程序 人工輸入刀具參數(shù)值，然后運(yùn)行主程序。

（2）讀取刀具參數(shù) 機(jī)床讀取程序中刀具號(hào)（TX），調(diào)用此刀具預(yù)先輸入的刀具參數(shù)。讀取刀具參數(shù)主要通過讀取系統(tǒng)變量的途徑來獲取。在數(shù)控系統(tǒng)中，$TC_DP6[T,D]系統(tǒng)變量代表某一指定刀具幾何半徑值，$TC_DP3[T,D]系統(tǒng)變量代表某一指定刀具幾何長(zhǎng)度值。（T為刀具號(hào)，D為刀具補(bǔ)償?shù)刂诽?hào)）。

（3）判斷刀具參數(shù)一致性 數(shù)控單元通過程序判定人工輸入的刀具參數(shù)與機(jī)床預(yù)存的刀具參數(shù)的一致性，滿足判定條件，程序繼續(xù)執(zhí)行，直至程序結(jié)束。

（4）報(bào)警提示 當(dāng)不滿足判定條件（即人工輸入刀具參數(shù)有誤）時(shí)，機(jī)床停機(jī)，不再執(zhí)行加工程序，同時(shí)報(bào)警提示操作人員出現(xiàn)錯(cuò)誤信息（即由數(shù)控單元將錯(cuò)誤信息顯示在機(jī)床顯示器上）。

4 防錯(cuò)程序

刀具使用防錯(cuò)程序調(diào)用過程：?jiǎn)?dòng)主程序后，自動(dòng)運(yùn)行N010、N020……N040步后，進(jìn)入刀具使用防錯(cuò)程序TOOLVERIFICATION。

N210 讀取當(dāng)前主軸有效的刀具號(hào)并賦值給參數(shù)R3001。

N220 讀取當(dāng)前主軸有效的刀具值并賦值給參數(shù)R3002。

N230 通過人工輸入當(dāng)前所使用刀具的刀具號(hào)賦值給參數(shù)R3003。

N240 通過人工輸入當(dāng)前所使用刀具的刀具半徑值賦值給參數(shù)R3004。

N250 通過人工輸入當(dāng)前所使用刀具的刀具長(zhǎng)度值賦值給參數(shù)R3005。

N260 將讀取的當(dāng)前主軸有效刀具號(hào)的刀具半徑補(bǔ)償值賦值給R3006。

N270 將讀取的當(dāng)前主軸有效刀具號(hào)的刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償值賦值給R3007。

N280 將人工輸入的刀具號(hào)、刀具半徑值及刀具長(zhǎng)度值與機(jī)床內(nèi)設(shè)置的刀具號(hào)、刀具半徑值及刀具長(zhǎng)度值進(jìn)行比較，如果比對(duì)結(jié)果不一致，則跳轉(zhuǎn)到N290（在操作面板上顯示“輸入刀具信息與程序不符，請(qǐng)查正后重新輸入”信息），并直接退出程序，然后重新編輯刀具參數(shù)，再重新運(yùn)行程序；如果輸入的信息與機(jī)床內(nèi)信息一致，則會(huì)跳出子程序，繼續(xù)執(zhí)行主程序N050后面的程序內(nèi)容，直至程序運(yùn)行結(jié)束。

5 實(shí)用案例

加工中心如圖2所示，此加工中心無刀具庫，只能通過手動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)刀具更換。

在使用上述機(jī)床加工車體磨耗板時(shí)，預(yù)存的刀具參數(shù)與所用刀具不一致，將φ16mm孔加工成φ28mm孔，造成質(zhì)量問題，如圖3所示。

圖2 加工中心

圖3 車體磨耗板

針對(duì)上述問題，引用數(shù)控加工刀具防錯(cuò)程序，具體如下。

首先，將更換的刀具從刀具柜中取出，并將刀具號(hào)、刀具長(zhǎng)度值、刀具半徑值人工輸入至機(jī)床中，如圖4所示。

圖4 輸入刀具參數(shù)

其次，運(yùn)行數(shù)控加工程序，執(zhí)行數(shù)控加工刀具防錯(cuò)子程序，通過子程序判斷此刀具在機(jī)床中預(yù)存的刀具參數(shù)與人工輸入的刀具參數(shù)的一致性，如圖5所示。

最后，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)人工輸入的刀具參數(shù)與機(jī)床預(yù)存的刀具參數(shù)不一致，在機(jī)床顯示屏幕上出現(xiàn)報(bào)警信息時(shí)，如圖6所示，程序結(jié)束。

圖5 防錯(cuò)程序及機(jī)床中刀具參數(shù)值

圖6 機(jī)床報(bào)警信息

6 結(jié)束語

通過問題分析，結(jié)合現(xiàn)有資源，編制防錯(cuò)程序，降低人為因素出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)了使用刀具的規(guī)范性。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，數(shù)控加工過程使用刀具防錯(cuò)程序后，降低了數(shù)控加工過程中因刀具參數(shù)人工設(shè)置錯(cuò)誤造成的質(zhì)量問題，減少了因上述操作失誤所造成的經(jīng)濟(jì)損失，提升了產(chǎn)品合格率。