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基于宏程序的数控机床刀具寿命管理设计

作者: 缅甸腾龙 来源: 未知 发布时间:2019-03-13

在机械零件加工过程中,对刀具进行寿命管理非常重要。目前,刀具寿命管理的方法有很多。除了扭矩监控、电流监控和声发射检测等以外,最常用的方法还是计算刀具能够使用的时间或次数。

数控机床用户往往要求一个刀片只允许加工一定的次数或时间,超过这个次数或时间便认为该刀片已不再适合继续加工,否则被加工的零件的废品率将增加。 显然,刀具寿命管理功能在加工的过程控制中是很有意义的。

本文介绍一种应用 FANUC 宏程序开发数控机床刀具寿命管理功能的方法,内容涉及刀具切削用时的自动统计、显示和报警,以及报警和相关数据的自动清除。、

总体思路

数控机床某把刀具的切削用时的计算原理设计如下: 

1) 指令 M90 代码,调用宏程序体 O9001,读取当前主轴刀具号;

2) 在该刀进行切削开始时,指令 M91 代码,调用宏程序体 O9002,得到切削开始时的时钟 t1;

3) 在该刀进行切削结束时,指令 M92 代码,调用宏程序体 O9003,得到切削结束时的时钟 t2;

4) △t=t2-t1,即为该刀具本次调用的实际切削用时。

在本方法中,主要涉及 2 个系统变量。 一是刀具 T 代码,变量号为 #4120;另一个为系统当前时钟,变量号为 #3012,其数据格式为 “时/分/秒 ”,如“下午 3 点 34 分 56 秒”表示为“153456”。

对于每把刀具的累计使用时间 tcur 和最大寿命值 tmax,选择与变量 #3012 相同的数据格式,这样一把刀只需 2 个公共变量即可。 如 1 号刀,#500 表示累计时间,#501 表示寿命时间。 其它刀具依此类推。

当 tcur 大于或等于 tmax 时,表示该刀具使用寿命终止。 将此刀具号由接口变量 #1132 送到 PMC,在PMC 中译码判断后进行相应的报警信息显示。

待更换新刀片后,清报警。 长按“复位”键 5 s,清除该报警;清报警同时,自动清刀具累计时间值。

 

 

宏程序设计及调用

1、时钟数据格式转换程序

时钟数据格式转换程序的作用是将 1 个变量表示的时钟转换为 3 个变量表示。 宏指令格式为“G65 P8000 Aa;”输入变量为 #1,数据格式为 “时分秒”;输出变量为 #141(时)、#142(分)、#143(秒)。

宏程序体 O8000 程序清单如下:

O8000;

N10 #102=#1/10000;

N20 #141=FIX[#102];时

N30 #103=#1-#141*10000;

N40 #104=#103/100;

N50 #142=FIX[#104];分

N60 #143=#103-#142*100;秒

N70 M99;

2、读取当前刀具号指令 M90

参数 6071 中设 90,指定 M90 代码为调用宏程序 O9001 的的 M 代码。 在 O9001 中,直接将系统变量 #4120(当前 T 代码)赋值给 #100,即完成当前刀具号的读取。

O9001 程序清单如下:

O9001;

N10 #100=#4120;当前 T 代码

N20 M99;

3、切削开始指令 M91

参数 6072 中设 91,指定 M91 代码为调用宏程序 O9002 的 M 代码。 在 O9002 中,首先读取当前时钟系统变量 #3012, 该时间为切削开始的时间。然后调用 O8000 宏程序体,完成数据格式的转换。刀具切削开始时间的时、分、秒分别存放到公共变量 #105、#106 和 #106 中。

O9002 程序清单如下:

O9002;

N20 #101=#3012;刀具切削开始时间(时分秒)

N30 G65 P8000 A#101;

N40 #105=#141;刀具切削开始时间(时)

N50 #106=#142;刀具切削开始时间(分)

N60 #107=#143;刀具切削开始时间(秒)

N70 M99;

4、切削结束指令 M92

参数 6073 中设 92,指定 M92 代码为调用宏程序 O9003 的 M 代码。 O9003 的执行过程如下:

1) 读取当前时钟系统变量 #3012, 该时间为切削结束的时间。 并调用 O8000 宏程序体,完成数据格式的转换。刀具切削结束时间的时、分、秒分别存放到公共变量 #108、#109 和 #110 中。

2) 以秒为单位计算本次切削开始的时间#111 和结束时间 #112。

3) 以秒为单位计算本次切削用时 #113。 当#112>#111 时,#113=#112-#111;当 #112<#111 时,#113=86400-#111+#112。

4) 本次切削用时 #113 的单位换算,时、分、秒分别存放到公共变量 #115、#118 和 #119 中。

5) 读取以前的刀具使用时间累计值到变量#122, 数据格式为 “时时时时分分秒秒”。 并调用 O8000 宏程序体,完成数据格式的转换。 刀具使用时间累计值的时、 分、 秒分别存放到公共变量#123、#124 和 #125 中。

6) 计算新的刀具使用时间累计值,时、分、秒分别存放到公共变量 #126、#127 和 #128 中。#126= #123+#115(时);#127=#124+#118(分);#128=#125+#119(秒)。

7) 按数据格式“时时时时分分秒秒”对新的刀具使用时间累计值数据格式转换。

#130=FIX[#128/60]

#131=#128-#130*60;秒

#134=FIX[[#127+#130]/60]

#135=#132-#134*60;分

#136=#126+#134;时

8) 将新的刀具使用时间累计值与刀具时间寿命值进行比较,如果使用寿命终止,则将刀具代码经接口变量 #1132 送至 PMC,然后在 PMC 中进行相应报警信息显示。

操作员界面设计

对于 MCFHD80A 卧式加工中心,其刀库共 60把刀。为了快速定位到需要的刀具号,将 60 把刀的刀具寿命管理分成 5 组,如图 1 所示。 按“OFFSET SETTING”键和“模式”键即可调出该画面。 在该画面输入 1~5,则进入相应的子菜单,显示具体的刀具寿命管理数据。

基于宏程序的数控机床刀具寿命管理设计

图 1 刀具寿命管理菜单

T01-12 刀具寿命管理画面如图 2 所示, 分 3 页显示,每页显示 4 把刀的数据。 图 2 中,#500 变量为 1 号刀当前累计时间,#501 变量为 1 号刀的使用寿命,其数据格式均为“时时时时分分秒秒”。

基于宏程序的数控机床刀具寿命管理设计

图 2 T01-12 刀具寿命管理画面

刀具寿命报警及报警清除

刀具寿命报警的 NC 程序框图如图 3 所示。 在该程序中,发生刀具寿命报警的刀具号通过接口信号 #1132 从宏程序送到 PMC,PMC 中对应的接口地址为 F54~F55。 当 PMC 收到此刀具号后,向宏程序送“接受完毕”信号 G54.0,在宏程序中对应的接口信号为 #1000。 在宏程序中确认 #1000=1 后,置#1132=0。

基于宏程序的数控机床刀具寿命管理设计

图 3 刀具寿命报警程序框图

刀具寿命报警的 PMC 程序如图 4 所示。 刀具寿命报警信息显示请求位为 A3.5。 其报警信息数据设定为“No. [I220,R300] TOOL LIFE ALARM”。方括号中的数据为数值数据。 I220 表示该数值为 2个字节,整数部分的位数为 2,小数部分的位数为0。 R300 即存储刀具号的数据地址。 如 R300=1,则出现报警信息为“No. 1 TOOL LIFE ALARM”。

基于宏程序的数控机床刀具寿命管理设计

图 4 刀具寿命报警 PMC 程序

该报警的清除需要按住“复位”键 5 s 以上,因此 36 号定时器的时间设定为 5000 ms。 清报警的同时,也清除当前刀具的累计使用时间。 其实现的原理是运用 PMC 窗口功能对相应的宏变量进行写操作。 为此分配 R310~R325 共 16 个字节的数据空间作为 PMC 窗口写宏变量的控制数据。 具体的数据结构见图 5。 

在进行写操作时,R320~R325(6 字节)数据写入 R316~R317(2 字节)指定的宏变量中。 其 PMC 程序见图 6。 宏变量号 R316 通过刀具号 F54计算得到。 计算公式为[R316]=([F54]-1)×2+500。

基于宏程序的数控机床刀具寿命管理设计

图 5 PMC 窗口写宏变量的控制数据结构

基于宏程序的数控机床刀具寿命管理设计

图 6 报警清除 PMC 程序

应用

在应用该刀具寿命管理功能时只需要在加工程序中加入 3 个 M 代码, 分别是 M90、M91 和M92。 其中 M90 代码一般加在 M06 指令之后的第一段。 而 M91 和 M92 分别加在切削开始和结束之处。

以下程序即是一个典型的应用。

O0902(2402F-110-1);

N10 G80 G40 G49;

G91 G28 Z0 Y0

N20 G91 G30 Y0 Z0

N25 T19;

G91 G28 X0

N60 G90 G54 G00 X0

N70 G90 B270

N80 M06

N85 M90;读取主轴刀具号

N90 G00 G90 G54 X-40.Y0

N100 T26;

N110 S1001;

N115 M59;

N120 G43 Z5. H19 M03;

N125 M91;切削开始

N130 G01 Z0 F700

N140 G01 Y60. F700

N150 G02 J-95.

N160 G01 Z2. Y30.

N165 M92;切削结束

N170 G00 Z100 M05

N190 G49 Z350.

N200 G91 G30 Y0 Z0

N210 M06

N215 M90;

…………

结语

本文所开发的数控机床刀具寿命管理功能通过在 MCFH80A 卧式加工中心上的应用表明,基本上满足了工艺管理的需要。

它主要具备如下特点:

1) 使用简便 , 只需在加工程序中添加 3 个 M 代码;

2) 刀具切削用时自动统计; 当刀具使用时间累计值超过其寿命值时, 自动产生报警;

3) 刀具寿命管理具有专门的人机界面,可以实时观察刀具使用累计时间, 同时刀具使用寿命值也可在此界面进行输入或修改;

4) 换新刀后,只需按“复位”键 5 s就可自动清除刀具寿命报警,同时自动清除刀具使用的累计时间。

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