ARTIS CTM-V6刀具監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用不同傳感器的試驗對比

■沈陽機床股份有限公司 （遼寧 110142） 薛慶鑫 魏廣元

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1.試驗?zāi)康?/h2>

本項目以云南CY集團有限公司智能車間項目中某型號高剛度數(shù)控車床為對象，通過ARTIS刀具監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控機床在持續(xù)加工工件情況下機床刀具狀態(tài)，驗證ARTIS刀具監(jiān)控系統(tǒng)在機床加工過程中，刀具出現(xiàn)問題時的響應(yīng)是否可以及時有效。

因為CTM-V6系統(tǒng)需要將CTM卡安裝在PCI插槽并進行數(shù)據(jù)傳輸，西門子840Dsl系統(tǒng)可以滿足條件，而國產(chǎn)系統(tǒng)（本次使用的是華中818A數(shù)控系統(tǒng)）則沒有PCI插槽，所以必須通過工控機將數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)到顯示器。另一方面，使用西門子840Dsl系統(tǒng)時CTM-V6系統(tǒng)可以直接從西門子系統(tǒng)采集扭矩信號，用以監(jiān)控刀具變化。而國產(chǎn)系統(tǒng)沒有此功能，需要使用力矩傳感器來采集扭矩信號。

本次試驗?zāi)康氖潜O(jiān)控刀具極限加工時的損耗和控制效果，對比不同數(shù)據(jù)采集方式的優(yōu)缺點。選擇適合的刀具監(jiān)控系統(tǒng)來降低機床運行成本，提升機床可靠性。

2.ARTIS刀具監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品功能

（1）通過采集扭矩變化的數(shù)據(jù)可以檢測機床在加工過程中產(chǎn)生的刀具異常破損、刀具磨損和刀具丟失等情況。

（2）報警信息通過Profibus總線（國產(chǎn)系統(tǒng)用I/O點）傳輸給數(shù)控系統(tǒng)，同時激活報警信息，根據(jù)不同報警等級，NC系統(tǒng)自動選擇報警或者停止機床運行。

（3）此系統(tǒng)對推測刀具使用壽命有一個可靠的依據(jù)和保證。采購人員也會因此制定更加合理的批量采購計劃。有效降低企業(yè)每天的生產(chǎn)運行成本。

3.刀具監(jiān)控系統(tǒng)組成

刀具監(jiān)控系統(tǒng)兩種方式產(chǎn)品組成如附表所示。本次試驗暫時使用西門子顯示器代替工控機來顯示數(shù)據(jù)。DTA是使用西門子系統(tǒng)自帶扭矩數(shù)據(jù)，CFM4是使用力矩傳感器采集扭矩數(shù)據(jù)。產(chǎn)品聯(lián)接順序如圖1、圖2所示。

4.現(xiàn)場報警參數(shù)設(shè)置

（1）報警參數(shù)設(shè)置，學(xué)習(xí)曲線：使用新刀試切樣件，所得信號的峰值設(shè)置為100%，面積設(shè)置為100%。即為學(xué)習(xí)曲線（圖3～圖5中淡綠色填充圖）。學(xué)習(xí)曲線是理想曲線，這時刀具完全沒有磨損。ARTIS系統(tǒng)以此曲線作為標(biāo)準曲線參照，進行加工的調(diào)整及報警參考。

刀具監(jiān)控系統(tǒng)表

圖1 DTA連線圖

（2）缺刀參數(shù)設(shè)置：缺刀曲線面積小于50%時系統(tǒng)提示缺刀報警。

（3）鈍刀參數(shù)設(shè)置：更換到一把工藝認為已經(jīng)磨損嚴重，不再使用的舊刀，試切。記錄面積數(shù)值130%，峰值數(shù)值130%，將鈍刀面積數(shù)值設(shè)置為125%。當(dāng)實際加工時，實際切削面積大于設(shè)置的鈍刀面積時，系統(tǒng)將提示鈍刀報警。

鈍刀設(shè)置值是根據(jù)實際情況而定的，出現(xiàn)實際鈍刀報警而發(fā)現(xiàn)刀具磨損不嚴重，則證明鈍刀設(shè)置偏低，調(diào)整鈍刀報警上限到148%。

（4）斷刀參數(shù)設(shè)置：斷刀報警值暫時設(shè)置130%。當(dāng)實際加工出現(xiàn)斷刀報警后，發(fā)現(xiàn)刀具并沒有斷，證明斷刀報警值偏低，可以對斷刀上限值進行相應(yīng)的調(diào)整如150%。

（5）實際切削監(jiān)測圖形如圖3～圖5所示，上面窗口為DTA窗口，即系統(tǒng)采集西門子電動機扭矩信號；下面窗口為CFM4窗口，即系統(tǒng)采集力矩傳感器信號。

圖3 學(xué)習(xí)曲線

圖2 CFM4連線圖

由圖形可以分析出，綠色部分為學(xué)習(xí)曲線，可以看出DTA曲線約30%，CFM4曲線約40%。深藍色部分為實際切削過程中與學(xué)習(xí)曲線重合的部分。紅色部分為實際切削過程中超出學(xué)習(xí)曲線的部分，可以看出DTA曲線約40%，CFM4曲線約60%。黃色橫線為斷刀上限，DTA曲線設(shè)置為77%，CFM4曲線設(shè)置為100%。

圖4 加工試驗曲線變化

圖5 大切深試驗曲線變化

可見CFM4曲線相對DTA曲線敏感，曲線變化快速。因此設(shè)置斷刀、鈍刀等參數(shù)時需要加大。進行破壞性試驗，加大切削進給量試驗。可以看出圖4出現(xiàn)紅色狀態(tài)曲線，曲線快速上升，證明切削扭矩快速增加；圖5紅色狀態(tài)曲線上升，尾端快速上升到達預(yù)警位置，系統(tǒng)右側(cè)提示欄提示鈍刀狀態(tài)。CTM系統(tǒng)報警并通過NC系統(tǒng)將機床各動力軸斷開，檢查現(xiàn)場刀具有輕微損壞。證明ARTIS系統(tǒng)可以最大程度保護機床，試驗成功。

5.結(jié)語

經(jīng)過刀具初始學(xué)習(xí)后，進行刀具磨損、刀具缺刀以及破壞性刀具斷刀試驗。ARTIS兩種采集方式均能快速、準確地捕捉到機床加工過程中刀具出現(xiàn)的各種異常情況，及時進行報警處理。

（1）CFM-4采集方式的刀具監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)點是可以適用于多種系統(tǒng)，對于刀具監(jiān)控更敏感；缺點是需要增加傳感器、信號轉(zhuǎn)換器，部分系統(tǒng)沒有PCI插槽，還需要增加工控機用來顯示，成本較高。

（2）DAT采集方式的刀具監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)點是組件少，方便配置，節(jié)省空間，成本相對低一些。缺點是對數(shù)控系統(tǒng)要求比較嚴（例如PCI插槽，西門子840Dsl系統(tǒng)需單獨訂P60、HMI-SL等權(quán)限），如無相應(yīng)功能則無法使用。

總的來說無論選擇哪款配置，都可以對提高機床加工效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量有一定的保障作用，也有助于機床的維護保養(yǎng)和故障診斷。