干货 | 基于宏程序的数控机床刀具寿命管理设计

zhajialo 2017-04-03

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前言

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>#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。

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”。

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。

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”。

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。