发布时间：2021-06-07所属分类：免费文献浏览：1次
摘 要： 现代制造技术与装备
《断刀检测及刀具磨损自动补偿技术研究》论文发表期刊：《现代制造技术与装备》；发表周期：2021年01期
《断刀检测及刀具磨损自动补偿技术研究》论文作者信息：刘宏岩 杨鑫 杨健 张云庭 罗凤吉 罗付强 何铠锋
Abstract: In the process of CNC machine tool processing, tool breakage and tool wear will occur, and tool breakage and too wear seriously affect product production efficiency and quality. In traditional cutting, the operator judges whether the tool is broken or wom, which affects production efficiencv and wastes manpower. Today. with the popularization of automation, traditionalcutting is far from meeting the requirements of machining efficiency and quality. Therefore, the automatic compensation of broken tool detection and tool wear must be realized through automatic detection.
Keywords: broken tool detection: wear: automatic compensation
在CNC产品加工过程中，为了保证工件加工的精度，需要进行刀具位置原点校正。传统方法测量刀具的补偿值是每把刀具试切工件后对工件尺寸进行测量和计算得到的。如果刀具的补偿值稍有偏差，可能会导致零件报废。更换刀具后，这项工作还要重复进行。金属切削过程中不可避免地伴随着刀具磨损甚至破损的现象。传统切削通过操作者来判断刀具是否断刀和磨损，而操作者全凭经验判断，如果未及时发现刀具断裂，则可能面临零件报废，同时造成后续刀具断裂，带来巨大的经济损失和长时间的停机。
实践表明，约20%的机床停机时间是由于刀具破损引起的，因此断刀检测和刀具长度的自动补偿对控制产品的质量尤为关键。
1测量装置的选用
断刀检测和刀具磨损自动补偿通常采用对刀仪实现。
对刀仪的种类包括激光对刀仪、插拔式手臂对刀仪、下拉式手臂对刀仪、全自动对刀臂对刀仪以及全自动接触式对刀仪。其中，全自动接触式对刀仪性价比较高，能够较好地实现断刀检测和刀具磨损的自动补偿功能，并且对刀精度高。经过对比，本文选用美德龙TM26D-2-3-02型号的接触式对刀仪进行研究。
1.1 对刀仪的功能和组成
接触式对刀仪是加工中心刀具长度补偿中的主要工具，可以实现自动测量功能(测量刀具半径和刀具长度)、自动补偿功能(补偿刀具长度磨损和刀具半径磨损)以及自动停机报警功能(刀具磨损超差、断刀时报警)1"，接触式对刀仪的组成如图1所示。
1.2对刀仪安装平面水平调节
在对刀仪安装过程中，需将对刀仪的对刀面与机床工作台保证平行。将对刀仪固定在机床工作台后，调节对刀仪两侧的固定螺丝。将杠杆千分表固定在主轴上，将主轴移动到对刀仪的中心，旋转主轴，使千分表的跳动量控制在0.01mm以内。只有对刀平面安装水平后，对刀精度才能为0.00 1mm，从而保证对刀的准确性。
2电气部分连接
2.1 对刀仪的电气连接
接触式对刀仪的接线点有4个或6个。6个的接线比4个多了1个超行程保护，与急停连接，具体接线如图2所示。
2.2 与机床跳转信号的连接在对刀过程中，刀具接触到对刀仪上表面后，主轴需要退回。因此，对刀仪必须连接数控系统的跳跃信号点。
FANUC机床的跳跃信号点为X4.7，因此需将橙色的线与机床的X4.7连接，从而保证对刀仪有信号时主轴能够停止进给。
3机床增加M指令
对刀仪在机床内部的工作环境中伴随着铁屑和切削液。如果测量时有铁屑在对刀仪平面上，则会导致误判断。为了消除此隐患，要在对刀前通过吹气杆向对刀仪平面吹气，保证对刀仪平面的清洁。以FANUC系统为例，可在系统的PMC中增加M代码，如M73(吹气开)和M74(吹气关)。
4数控宏程序的编制和调用4.1 对刀宏程序的编制
根据对刀仪需要实现的功能来编写对应的宏程序。
4.1.1 刀具长度的自动补偿。
FANUC系统数控机床通过G31进行跳转功能2。例如，G31Z-4F200;G31在没有遇到跳转信号(X4.7)时等同于G01，在主轴接触到对刀仪上表面时(跳转信号X4.7有信号)，主轴停止并删除剩余行程。此时，可通过#5023记录主轴当前的位置，如#120-#5023，即将当前主轴的Z值赋值给#120，此时，对刀仪测出的刀长和真实刀长存在一个修正值关系，即：
#513(修正值)=刀具真实刀长-#120(前面记录的主轴位置)
(1)那么对刀仪测得的当前刀具刀长为：
#[11000#11=#120+#513
(2)式中，#[110004#11]1为当前刀具的刀长系统变量，即将测得的刀长赋值给#[11000#11]，从而实现刀具长度的自动补偿。
4.1.2 刀具磨损的自动补偿
刀具磨损通过测得的刀长和实际刀长进行对比判断。如果磨损在允许范围内，执行磨损补偿，#515-ABS[#120-#110](此次对刀刀长和第一次更换刀具刀长的差值);如果#515小于设定的磨损值w，将#515赋值给当前刀具长度H的磨损值，即#[10000+#1515，而#[100004#11就是当前刀具的长度磨损值，从而实现刀具磨损的自动补偿。
4.1.3 断刀检测的判断
如果#515大于设定的磨损值w，磨损超出允许范围内即判断断刀。此时，主轴Z先进行回零，指令为G91G2820，然后向机床发出报警信号#3000-6(ATLM-TOOL-WAS-BROKEN)，屏幕上出现MC3006 ATLM-TOOL-WAS-BROKEN的报警内容，程序停止，从而实现断刀报警，机床停机。
4.2宏程序的调用
上述所有过程完成且主程序刀具加工完成后，通过相关指令即可调出编制的宏程序(如程序名称为08000)，实现断刀检测和刀具磨损的自动补偿。T2号刀的刀具长度补偿调用为G65 P8000 H2，T，号刀的断刀报警和刀具磨损自动补偿调用为G65 P8000 H2 w0.4，此时又分为两种情况。
如果检测出磨损w小于0.4，进行磨损自动补偿;如果检测出W大于0.4，则判断为断刀，并进行停机报警。
5结语
通过研究和现场验证断刀检测及刀具磨损自动补偿技术，实现了刀具的长度补偿、断刀检测、停机报警以及刀具磨损的自动补偿功能。在机房加工过程中，通过磨损的自动补偿能有效保证产品加工的稳定性。在判断断刀时，数控宏程序的编制和调用能有效实现停机并且进行报警，从而消除了断刀带来的一系列损失，在生产加工过程中能够大幅度提高产品加工效率，并能稳定控制产品尺寸精度，为自动化的顺利实施提供强有力的保证。
参考文献
[1]吕斌杰，孙智俊，赵汶、数控加工中心编程实例精粹[M].北京：化学工业出版社，2009.
[2]Peter S.FANUC数控系统用户宏程序与编程技巧[M].罗学科，赵玉侠，刘瑛，译北京：化学1业出版社，2007.
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