干貨 | 基于宏程序的數(shù)控機床刀具壽命管理設計

zhajialo 2017-04-03

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前言

在機械零件加工過程中，對刀具進行壽命管理非常重要。目前，刀具壽命管理的方法有很多。除了扭矩監(jiān)控、電流監(jiān)控和聲發(fā)射檢測等以外，最常用的方法還是計算刀具能夠使用的時間或次數(shù)。

數(shù)控機床用戶往往要求一個刀片只允許加工一定的次數(shù)或時間，超過這個次數(shù)或時間便認為該刀片已不再適合繼續(xù)加工，否則被加工的零件的廢品率將增加。顯然，刀具壽命管理功能在加工的過程控制中是很有意義的。

本文介紹一種應用 FANUC 宏程序開發(fā)數(shù)控機床刀具壽命管理功能的方法，內容涉及刀具切削用時的自動統(tǒng)計、顯示和報警，以及報警和相關數(shù)據(jù)的自動清除。、

總體思路

數(shù)控機床某把刀具的切削用時的計算原理設計如下：

1）指令 M90 代碼，調用宏程序體 O9001，讀取當前主軸刀具號；

2）在該刀進行切削開始時，指令 M91 代碼，調用宏程序體 O9002，得到切削開始時的時鐘 t1；

3）在該刀進行切削結束時，指令 M92 代碼，調用宏程序體 O9003，得到切削結束時的時鐘 t2；

4） △t=t2-t1，即為該刀具本次調用的實際切削用時。

在本方法中，主要涉及 2 個系統(tǒng)變量。一是刀具 T 代碼，變量號為 #4120；另一個為系統(tǒng)當前時鐘，變量號為 #3012，其數(shù)據(jù)格式為 “時/分/秒 ”，如“下午 3 點 34 分 56 秒”表示為“153456”。

對于每把刀具的累計使用時間 tcur 和最大壽命值 tmax，選擇與變量 #3012 相同的數(shù)據(jù)格式，這樣一把刀只需 2 個公共變量即可。如 1 號刀，#500 表示累計時間，#501 表示壽命時間。其它刀具依此類推。

當 tcur 大于或等于 tmax 時，表示該刀具使用壽命終止。將此刀具號由接口變量 #1132 送到 PMC，在PMC 中譯碼判斷后進行相應的報警信息顯示。

待更換新刀片后，清報警。長按“復位”鍵 5 s，清除該報警；清報警同時，自動清刀具累計時間值。

宏程序設計及調用

1、時鐘數(shù)據(jù)格式轉換程序

時鐘數(shù)據(jù)格式轉換程序的作用是將 1 個變量表示的時鐘轉換為 3 個變量表示。宏指令格式為“G65 P8000 Aa；”輸入變量為 #1，數(shù)據(jù)格式為 “時分秒”；輸出變量為 #141（時）、#142（分）、#143（秒）。

宏程序體 O8000 程序清單如下：

O8000；

N10 #102=#1/10000；

N20 #141=FIX[#102]；時

N30 #103=#1-#141*10000；

N40 #104=#103/100；

N50 #142=FIX[#104]；分

N60 #143=#103-#142*100；秒

N70 M99；

2、讀取當前刀具號指令 M90

參數(shù) 6071 中設 90，指定 M90 代碼為調用宏程序 O9001 的的 M 代碼。在 O9001 中，直接將系統(tǒng)變量 #4120（當前 T 代碼）賦值給 #100，即完成當前刀具號的讀取。

O9001 程序清單如下：

O9001；

N10 #100=#4120；當前 T 代碼

N20 M99；

3、切削開始指令 M91

參數(shù) 6072 中設 91，指定 M91 代碼為調用宏程序 O9002 的 M 代碼。在 O9002 中，首先讀取當前時鐘系統(tǒng)變量 #3012，該時間為切削開始的時間。然后調用 O8000 宏程序體，完成數(shù)據(jù)格式的轉換。刀具切削開始時間的時、分、秒分別存放到公共變量 #105、#106 和 #106 中。

O9002 程序清單如下：

O9002；

N20 #101=#3012；刀具切削開始時間（時分秒）

N30 G65 P8000 A#101；

N40 #105=#141；刀具切削開始時間（時）

N50 #106=#142；刀具切削開始時間（分）

N60 #107=#143；刀具切削開始時間（秒）

N70 M99；

4、切削結束指令 M92

參數(shù) 6073 中設 92，指定 M92 代碼為調用宏程序 O9003 的 M 代碼。 O9003 的執(zhí)行過程如下：

1）讀取當前時鐘系統(tǒng)變量 #3012，該時間為切削結束的時間。并調用 O8000 宏程序體，完成數(shù)據(jù)格式的轉換。刀具切削結束時間的時、分、秒分別存放到公共變量 #108、#109 和 #110 中。

2）以秒為單位計算本次切削開始的時間#111 和結束時間 #112。

3）以秒為單位計算本次切削用時 #113。當#112>#111 時，#113=#112-#111；當 #112<#111>#113=86400-#111+#112。

4）本次切削用時 #113 的單位換算，時、分、秒分別存放到公共變量 #115、#118 和 #119 中。

5）讀取以前的刀具使用時間累計值到變量#122，數(shù)據(jù)格式為 “時時時時分分秒秒”。并調用 O8000 宏程序體，完成數(shù)據(jù)格式的轉換。刀具使用時間累計值的時、分、秒分別存放到公共變量#123、#124 和 #125 中。

6）計算新的刀具使用時間累計值，時、分、秒分別存放到公共變量 #126、#127 和 #128 中。#126= #123+#115（時）；#127=#124+#118（分）；#128=#125+#119（秒）。

7）按數(shù)據(jù)格式“時時時時分分秒秒”對新的刀具使用時間累計值數(shù)據(jù)格式轉換。

#130=FIX［#128/60］

#131=#128-#130*60；秒

#134=FIX［［#127+#130］/60］

#135=#132-#134*60；分

#136=#126+#134；時

8）將新的刀具使用時間累計值與刀具時間壽命值進行比較，如果使用壽命終止，則將刀具代碼經接口變量 #1132 送至 PMC，然后在 PMC 中進行相應報警信息顯示。

操作員界面設計

對于 MCFHD80A 臥式加工中心，其刀庫共 60把刀。為了快速定位到需要的刀具號，將 60 把刀的刀具壽命管理分成 5 組，如圖 1 所示。按“OFFSET SETTING”鍵和“模式”鍵即可調出該畫面。在該畫面輸入 1~5，則進入相應的子菜單，顯示具體的刀具壽命管理數(shù)據(jù)。

圖 1 刀具壽命管理菜單

T01-12 刀具壽命管理畫面如圖 2 所示，分 3 頁顯示，每頁顯示 4 把刀的數(shù)據(jù)。圖 2 中，#500 變量為 1 號刀當前累計時間，#501 變量為 1 號刀的使用壽命，其數(shù)據(jù)格式均為“時時時時分分秒秒”。

圖 2 T01-12 刀具壽命管理畫面

刀具壽命報警及報警清除

刀具壽命報警的 NC 程序框圖如圖 3 所示。在該程序中，發(fā)生刀具壽命報警的刀具號通過接口信號 #1132 從宏程序送到 PMC，PMC 中對應的接口地址為 F54~F55。當 PMC 收到此刀具號后，向宏程序送“接受完畢”信號 G54.0，在宏程序中對應的接口信號為 #1000。在宏程序中確認 #1000=1 后，置#1132=0。

圖 3 刀具壽命報警程序框圖

刀具壽命報警的 PMC 程序如圖 4 所示。刀具壽命報警信息顯示請求位為 A3.5。其報警信息數(shù)據(jù)設定為“No. ［I220，R300］ TOOL LIFE ALARM”。方括號中的數(shù)據(jù)為數(shù)值數(shù)據(jù)。 I220 表示該數(shù)值為 2個字節(jié)，整數(shù)部分的位數(shù)為 2，小數(shù)部分的位數(shù)為0。 R300 即存儲刀具號的數(shù)據(jù)地址。如 R300=1，則出現(xiàn)報警信息為“No. 1 TOOL LIFE ALARM”。

圖 4 刀具壽命報警 PMC 程序

該報警的清除需要按住“復位”鍵 5 s 以上，因此 36 號定時器的時間設定為 5000 ms。清報警的同時，也清除當前刀具的累計使用時間。其實現(xiàn)的原理是運用 PMC 窗口功能對相應的宏變量進行寫操作。為此分配 R310~R325 共 16 個字節(jié)的數(shù)據(jù)空間作為 PMC 窗口寫宏變量的控制數(shù)據(jù)。具體的數(shù)據(jù)結構見圖 5。

在進行寫操作時，R320~R325（6 字節(jié)）數(shù)據(jù)寫入 R316~R317（2 字節(jié)）指定的宏變量中。其 PMC 程序見圖 6。宏變量號 R316 通過刀具號 F54計算得到。計算公式為［R316］=（［F54］-1）×2+500。