1、凿燥蚤院员园援猿怨远怨辕 躁援 蚤泽泽灶援员远苑员 原缘源源远援 圆园圆猿援园圆援园员圆基于西门子系统刀具磨损监控应用研究鄢顾峰员袁丁胜明员袁陆洋员袁袁竹林圆渊员援 一汽解放汽车有限公司 无锡柴油机厂袁江苏 无锡 圆员源园圆远曰圆援 中国一汽无锡油泵油嘴研究所袁江苏 无锡 圆员源园远猿冤摘要院高速加工工艺是现代制造技术的核心袁通过对高速加工过程中的刀具进行实时在线监控情况的研究袁提出了监控刀具使用寿命的方法和策略袁可促进企业的刀具监控管理与应用水平遥关键词院刀具磨损曰主轴电流曰西门子 愿源园阅 系统中图分类号院栽月员圆猿 文献标志码院粤 文章编号院员远苑员 原缘源源远渊圆园圆猿冤园圆 原园园缘
2、圆 原园源粤责责造蚤糟葬贼蚤燥灶 砸藻泽藻葬则糟澡 燥枣 栽燥燥造 宰藻葬则 酝燥灶蚤贼燥则蚤灶早 月葬泽藻凿 燥灶 杂蚤藻皂藻灶泽 愿源园阅 杂赠泽贼藻皂郧哉 云藻灶早员袁阅陨晕郧 杂澡藻灶早皂蚤灶早员袁蕴哉 再葬灶早员袁再哉粤晕 在澡怎造蚤灶圆渊员援 宰怎曾蚤 阅蚤藻泽藻造 耘灶早蚤灶藻 云葬糟贼燥则赠袁云粤宰 允蚤藻枣葬灶早 粤怎贼燥皂燥遭蚤造藻 悦燥援 袁蕴贼凿援 袁宰怎曾蚤 圆员源园圆远袁悦澡蚤灶葬曰圆援 云粤宰 宰怎曾蚤 云怎藻造 陨灶躁藻糟贼蚤燥灶 耘择怎蚤责皂藻灶贼 砸藻泽藻葬则糟澡 陨灶泽贼蚤贼怎贼藻袁 宰怎曾蚤 圆员源园远猿袁 悦澡蚤灶葬曰冤粤遭泽贼则葬糟贼院 匀蚤早澡 泽
3、责藻藻凿 皂葬糟澡蚤灶蚤灶早 蚤泽 贼澡藻 糟燥则藻 燥枣 皂燥凿藻则灶 皂葬灶怎枣葬糟贼怎则蚤灶早 贼藻糟澡灶燥造燥早赠援 月赠 贼澡藻 憎葬赠 燥枣 贼澡藻 则藻泽藻葬则糟澡 燥灶 贼澡藻 燥灶造蚤灶藻 皂燥灶蚤贼燥则蚤灶早燥枣 糟怎贼贼蚤灶早 贼燥燥造泽 凿怎则蚤灶早 贼澡藻 澡蚤早澡鄄泽责藻藻凿 皂葬糟澡蚤灶蚤灶早袁 贼澡藻 泽贼则葬贼藻早赠 燥枣 贼澡藻 皂燥灶蚤贼燥则蚤灶早 贼燥燥造 造蚤枣藻 蚤泽 责则燥责燥泽藻凿援 陨贼 糟葬灶 责则燥皂燥贼藻 贼澡藻 皂葬灶葬早藻皂藻灶贼葬灶凿 葬责责造蚤糟葬贼蚤燥灶 造藻增藻造 燥枣 贼燥燥造 皂燥灶蚤贼燥则蚤灶早援运藻赠 憎燥则凿泽院 糟
4、怎贼贼蚤灶早鄄贼燥燥造 憎藻葬则曰泽责蚤灶凿造藻 糟怎则则藻灶贼曰杂蚤藻皂藻灶泽 愿源园阅 泽赠泽贼藻皂引 言 断钻是线生产常见的质量问题袁实际加工过程中刀具严重磨损是发生断钻的根本原因遥 刀具磨损会引起切屑增大和缠绕袁加工过程中切屑难以排出会导致断刀遥 因此监控刀具实时磨损状态可以及时发现刀具异常磨损袁从而提前换刀袁避免不合格品产生咱员鄄圆暂遥 本文基于西门子 愿源园阅 系统重点介绍检测主轴电流技术监控刀具磨损的方法遥员 刀具磨损监控原理正常加工过程中袁刀具切削刃磨损越严重袁机床主轴输出功率就越大袁机床主轴输出功率和电流成正比袁因此监控机床主轴实时电流可以间接监控当前刀具切削刃实时磨损状态遥
5、 每次机床换新刀时袁对加工首件产品的机床主轴电流进行采集袁作为当前刀具主轴电流的参考值袁然后设定圆个电流限值袁当采集值超过参考值的 员圆缘豫渊暂定冤时袁机床启动报警提示功能袁此时机床不停机袁当采集主轴实时电流超过参考值的 员缘园豫 渊暂定冤时袁机床立即自动停机报警遥圆 刀具磨损系统设计圆援 员 系统硬件简介西门子 愿源园阅 系统是一款结构紧凑尧功能强大的数控系统袁主要由数控单元渊晕悦运冤尧西门子可编程逻辑控制器渊孕蕴悦冤模块尧数模转换渊粤阅冤采集卡和工业计算机等组成袁如图 员 所示遥图 员 西门子 愿源园阅 数控系统硬件结构示意图第 圆 期渊总第 员怨园 期冤 现 代 车 用 动 力 晕燥郾
6、圆渊泽藻则蚤葬造 晕燥郾 员怨园冤 圆园圆猿 年 缘 月 酝韵阅耘砸晕 灾耘匀陨悦蕴耘 孕韵宰耘砸 酝葬赠郾 圆园圆猿 鄢收稿日期院圆园圆圆 原员员 原圆猿作者简介院顾峰渊员怨愿员要冤袁男袁江苏苏州人袁本科袁主要从事发动机生产制造工艺研究遥圆援 圆 系统软件设计圆援 圆援 员 采集主轴电流前准备学习主轴电流适用于新刀加工首件产品遥 每次换刀前袁系统自动调用即将进行更换的刀具的信息袁然后判断预选刀具的实际寿命渊粤糟贼怎葬造 增葬造怎藻辕 溢 栽悦赃酝韵孕源冤与设定寿命渊杂藻贼责燥蚤灶贼 增葬造怎藻辕 溢 栽悦赃酝韵孕员猿冤是否相同院当刀具实际寿命和设定寿命相同时袁系统判定当前刀具为新刀袁自动将主
7、轴电流监控值渊杂责蚤灶鄄凿造藻 糟怎则则藻灶贼 皂燥灶蚤贼燥则蚤灶早辕 溢 栽悦赃栽孕悦愿冤赋值员袁启动主轴电流学习袁否则系统默认为主轴电流过程监控状态袁上述流程结束后程序自动进行预选刀具换刀袁主轴电流采集人机交互界面设计如图 圆 所示遥图 圆 主轴电流采集人机交互界面设计启动主轴电流采集功能程序如下院晕员园 阅耘云 陨晕栽 宰在赃悦哉砸砸耘晕栽赃杂孕员曰渊定义参数冤晕员缘 郧耘栽杂耘蕴栽渊宰在赃悦哉砸砸耘晕栽赃杂孕员袁员冤曰渊预读系统刀号冤晕圆园 陨云 渊宰在赃悦哉砸砸耘晕栽赃杂孕员 跃 园冤 粤晕阅 渊阅月陨赃则怎灶赃憎蚤贼澡燥怎贼赃憎责赃葬糟贼蚤增 越 越 云粤蕴杂耘冤 粤晕阅 渊阅月陨
8、赃粤怎贼燥赃悦赠糟造藻赃皂燥凿藻 越 越 栽砸哉耘冤曰渊判断刀号和机床运行状态冤晕圆缘 陨云 渊 溢 栽悦赃酝韵孕源咱宰在赃悦哉砸砸耘晕栽赃杂孕员袁员暂 越 越溢 栽悦赃酝韵孕员猿咱宰在赃悦哉砸砸耘晕栽赃杂孕员袁员暂冤曰渊判断预读刀具为新刀冤晕猿园 溢 栽悦赃栽孕悦愿咱宰在赃悦哉砸砸耘晕栽赃杂孕员暂 越员曰渊启动刀具功率采集冤晕猿缘 耘晕阅陨云晕源园 耘晕阅陨云晕源缘 砸耘栽圆援 圆援 圆 主轴电流采集过程刀具换刀程序执行期间袁系统首先判断主轴电流监控值渊 溢 栽悦赃栽孕悦愿冤院系统定义主轴电流监控值等于 员 时袁程序设计执行主轴电流学习袁状态标记为原员袁程序如下院晕猿圆远园曰 越 越 杂责蚤
9、灶凿造藻 糟怎则则藻灶贼 皂燥灶蚤贼燥则蚤灶早晕猿圆苑园 悦粤晕悦耘蕴渊蚤凿杂责蚤悦怎则则冤曰渊主轴电流监控初始化冤晕猿圆愿园 陨云渊贼晕怎皂杂藻造藻糟贼 跃 园冤曰渊判断刀号冤晕猿圆怨园 陨云渊 溢 栽悦赃栽孕悦愿咱贼晕怎皂杂藻造藻糟贼暂 跃 越 员冤曰渊监控主轴电流信号冤晕猿猿园园曰 越 越 悦怎则则藻灶贼 造藻葬则灶院晕猿猿员园 陨云渊 溢 栽悦赃栽孕悦愿咱贼晕怎皂杂藻造藻糟贼暂 越 越 员冤曰渊判断信号袁执行主轴电流学习冤晕猿猿圆园 栽赃悦哉砸砸赃蕴耘粤砸晕 越 栽砸哉耘晕猿猿猿园 韵粤赃杂责蚤员赃悦怎则则 越 原员 院渊主轴电流学习状态初始化冤晕猿猿源园 耘晕阅陨云学习结束后袁系统将
10、自动换刀袁首件加工产品机床主轴电流参考值保存在参数 溢 栽悦赃栽孕悦愿咱贼晕怎皂杂鄄责蚤暂中袁程序如下院晕圆圆猿园曰 越 越 栽葬噪藻 燥增藻则 泽责蚤灶凿造藻 糟怎则则藻灶贼 增葬造怎藻晕圆圆源园 悦粤晕悦耘蕴 渊蚤凿杂责蚤悦怎则则冤 曰 渊 主轴电流监控初始化冤晕圆圆源员 陨云渊贼晕怎皂杂责蚤 约 跃 贼晕怎皂杂藻造藻糟贼冤曰渊判断刀号冤晕圆圆源圆 陨云渊渊陨粤赃杂责蚤员赃悦怎则则赃砸藻枣 辕 员园园冤 跃 员援 园冤曰渊监控主轴电流采集冤晕圆圆源猿 陨云渊栽赃悦哉砸砸赃蕴耘粤砸晕 越 越 栽砸哉耘冤晕圆圆源源 栽赃悦哉砸砸赃蕴耘粤砸晕 越 云粤蕴杂耘曰渊主轴电流学习状态标识复位冤晕圆圆源
11、缘 溢 栽悦赃栽孕悦愿咱贼晕怎皂杂责蚤暂 越渊陨粤赃杂责蚤员赃悦怎则则赃砸藻枣 辕 员园园冤曰渊保存换刀首件加工产品机床主轴电流监控值冤晕圆圆源远 耘晕阅陨云晕圆圆源苑 耘晕阅陨云晕圆圆源愿 耘晕阅陨云系统定义主轴电流监控值大于 员袁 程序设计执行主轴电流过程监控流程袁状态标记为 原 圆袁并且监猿缘 圆园圆猿 年第 圆 期 顾峰袁等院基于西门子 愿源园阅 系统刀具磨损监控应用研究控前 孕蕴悦 读取当前刀具主轴电流参考值作为数据分析输入袁程序如下院晕猿猿缘园曰 越 越 悦怎则则藻灶贼 皂藻葬泽怎则蚤灶早院晕猿猿远园 陨云渊 溢 栽悦赃栽孕悦愿咱贼晕怎皂杂藻造藻糟贼暂 跃 员冤曰渊判断信号袁执行主
12、轴电流监控冤晕猿猿苑园 韵粤赃杂责蚤员赃悦怎则则 越 原圆 曰渊主轴电流监控状态初始化冤晕猿猿怨园 韵粤赃杂责蚤员赃悦怎则则 越 渊 溢 栽悦赃栽孕悦愿咱贼晕怎皂杂藻造藻糟贼暂鄢员园园冤曰渊孕蕴悦 系统读取当前刀具主轴电流参考值冤晕猿源园园 耘晕阅陨云刀具正常加工过程中袁通过同步指令袁孕蕴悦 读取当前刀具主轴负载实时数据袁作为数据分析输入使用袁程序如下院晕猿源员园曰 越 越 越 粤糟贼蚤增葬贼藻 陨阅 渊葬糟贼援 悦怎则则藻灶贼 贼燥 孕蕴悦冤晕猿源圆园 陨阅杂 越 蚤凿杂责蚤悦怎则则 宰匀耘晕耘灾耘砸 阅月陨赃杂责蚤员赃栽燥燥造赃宰燥则噪 越 越员阅韵 韵粤赃杂责蚤员赃悦怎则则 越 粤月杂渊
13、 溢 粤粤赃蕴韵粤阅咱粤载愿暂 鄢员园园冤晕猿源远园 耘晕阅陨云晕猿源苑园 耘晕阅陨云圆援 圆援 猿 主轴电流数据分析主轴电流数据分析在 孕蕴悦 程序中设计完成袁主要执行 圆 项作业院第 员 项内容是执行主轴电流学习阶段袁采集当前刀具加工过程最大电流作为过程监控参考值使用袁程序如下院晕藻贼憎燥则噪怨院造藻葬则灶 皂葬曾援 则藻枣藻则藻灶糟藻 增葬造怎藻辕 辕 栽燥燥造 糟怎则则藻灶贼 造藻葬则灶 葬糟贼蚤增藻粤晕 裕栽燥燥造赃造藻葬则灶韵晕 裕栽燥燥造赃葬糟贼允悦 造藻葬圆蕴 裕糟怎则则赃增葬造怎藻蕴 裕糟怎则则赃则藻枣赃增葬造怎藻约 陨允悦 造藻葬圆栽粤运栽 裕糟怎则则赃则藻枣赃增葬造怎藻蕴
14、藻葬圆院晕韵孕 园第 圆 项内容是在主轴电流过程监控阶段袁比较主轴电流实时数据和主轴电流参考值袁当采集主轴实时电流超过参考值的 员圆缘豫 渊暂定冤时袁机床启动报警提示功能袁此时机床不停机袁当采集主轴实时电流超过参考值的 员缘园豫 渊暂定冤时袁机床立即自动停机报警袁程序如下院晕藻贼憎燥则噪员远院悦怎则则藻灶贼 蕴藻增藻造 糟燥灶贼则燥造蕴藻增藻造员院蕴 裕糟怎则则赃增葬造怎藻阅栽砸蕴 裕糟怎则则赃造藻增藻造赃员约 越 砸允悦 造藻增圆蕴 裕凿藻造葬赠赃糟赠糟造赃员陨晕悦 员栽 裕凿藻造葬赠赃糟赠糟造赃员蕴 裕栽赃阅耘蕴粤再赃粤蕴耘砸栽跃 越 陨杂 裕陨赃蕴耘灾耘蕴赃员蕴藻增圆院 晕韵孕蕴藻增藻造
15、圆院蕴 裕糟怎则则赃增葬造怎藻阅栽砸蕴 裕糟怎则则赃造藻增藻造赃圆约 越 砸允悦 造藻增圆蕴 裕凿藻造葬赠赃糟赠糟造赃圆陨晕悦 员栽 裕凿藻造葬赠赃糟赠糟造赃圆蕴 裕栽赃阅耘蕴粤再赃粤蕴耘砸栽跃 越 陨杂 裕陨赃蕴耘灾耘蕴赃圆蕴藻增圆院 晕韵孕主轴电流采集的频次设定决定了西门子系统识别刀具异常渊例如偶发断钻冤以及主轴电流参考值的准确度遥 系统设定一个参数裕栽赃阅耘蕴粤再赃粤蕴耘砸栽袁该参数表示电流采集的延长扫描周期频次渊暂定为员园冤袁孕蕴悦 设定程序执行过程中每延迟 员园 个扫描周期后采集一个主轴电流值遥 修改基础参数裕栽 赃阅耘蕴粤再赃粤蕴耘砸栽可以提升刀具监控的灵敏度遥猿 刀具磨损监控系统
16、应用猿援 员 刀具磨损全过程监控本文针对某重型柴油机缸体底面油孔加工过程进行刀具磨损监控袁表 员 是刀具基本信息遥表 员 缸体底面油孔加工刀具基本信息类型尺寸辕 皂皂寿命渊可完成孔数冤进给辕渊皂皂 窑皂蚤灶原员冤转速辕渊则 窑皂蚤灶原员冤麻花钻椎员源圆源园猿愿远援 圆员 怨猿苑适当修改系统软件程序实现刀具全寿命周期内源缘现 代 车 用 动 力 圆园圆猿 年第 圆 期 刀具磨损主轴电流采集和数据存储遥 优化后进行 缘轮跟踪袁跟踪情况如图 猿 所示遥图 猿 椎员源 麻花钻全生命周期磨损监控图从图 猿 可以看出该刀具的磨损情况可以分为 猿个阶段袁第 员 个阶段是初期磨损袁该过程主要发生在刀具寿命 员
17、 耀圆缘 孔阶段曰第 圆 个阶段是正常磨损袁该过程主要发生在刀具寿命为 圆远 耀圆圆园 孔阶段曰第 猿个阶段为剧烈磨损袁该过程主要发生在刀具寿命为圆圆员 耀圆源园 孔阶段遥 从上述数据可以看出袁电流变化基本符合刀具磨损的正常规律遥 刀具磨损监控实物图如图 源 所示遥图 源 刀具磨损监控实物图猿援 圆 刀具磨损监控过程优化从图 猿 可以看出袁在初期磨损阶段主轴电流采集数据变化较大袁按照前期的设置比例限制的方式进行监控袁而在刀具正常磨损阶段后期存在电流限值超差的风险遥 例如第 员 轮跟踪袁换刀首件主轴电流采集数据为 圆援 缘圆猿 粤袁按照 员缘园豫限值报警进行控制袁报警限值为 圆援 缘圆猿 伊员援
18、 缘 越猿援 苑愿缘袁此时刀具寿命为 圆猿缘 孔袁此时刀具已进入刀具剧烈磨损阶段袁有较大的断钻风险遥猿援 猿 刀具磨损监控效果评价表 圆 所示为改进前 栽怨园园缘 部分刀具断钻寿命袁其断钻率为 猿援 苑源豫遥 经过多轮报警限值修正后袁最终修订限值为 员郾 猿苑袁改进后 栽怨园园缘 断钻率降低为园郾 圆源豫袁表 猿 为改进后的部分刀具断钻寿命遥表 圆 改进前 栽怨园园缘 断钻寿命统计表序号下机原因设定寿命辕 孔数实际寿命辕 孔数员断钻圆源园圆园愿圆断钻圆源园圆圆苑猿断钻圆源园圆员猿源断钻圆源园圆猿苑缘断钻圆源园员怨源表 猿 改进后 栽怨园园缘 断钻寿命统计表序号下机原因设定寿命辕 孔数实际寿命辕
19、 孔数员功率报警圆源园圆员源圆功率报警圆源园圆猿缘猿功率报警圆源园圆园远源功率报警圆源园员怨愿缘功率报警圆源园圆圆缘源 结束语应用本优化措施后袁加工中心在自动化生产线上发生刀具异常磨损甚至出现断钻的瞬间袁机床能够自动停止运行袁有助于工艺技术人员对刀具结构尧切削参数等重要工艺技术参数进行持续优化改进袁减少了刀具断钻率袁同时也减少了不合格品发生率遥参考文献院咱员暂 王士军援 柔性制造系统中刀具管理与在线检测技术研究咱允暂援 农机化研究袁圆园园缘渊缘冤院员员怨鄄员圆园援咱圆暂 黄茂正援 加工中心的刀具监控技术发展应用浅谈咱允暂援 制造技术与机床袁圆园园远渊员圆冤院圆员鄄圆源援缘缘 圆园圆猿 年第 圆 期 顾峰袁等院基于西门子 愿源园阅 系统刀具磨损监控应用研究
