西門子840D 數控系統刀具補償防錯程序應用

肖 斌

（江鈴汽車股份有限公司，江西南昌 330001）

0 引言

數控機床在運行加工程序前，首先調用指定的刀具防錯子程序，進行刀具基本幾何尺寸判別，滿足設定條件則繼續向下執行，不符合設定條件程序將一直循環運行，不斷從數控系統刀具列表中讀取刀具信息，并顯示報警信息，提醒操作人員該把刀具基本幾何尺寸輸入錯誤，需操作人員重新核對，直到輸入的刀具基本幾何尺寸正確為止，數控機床才能正常運行加工程序，防錯程序時序如圖1 所示。

圖1 防錯程序時序

1 基本理論介紹

西門子840D 數控系統要實現多品種、復雜內容加工，可以編寫獨立的子程序并在主程序中調用該子程序，這樣完全相同的加工內容只需要編寫一個子程序，刀補自動防錯功能就是這樣一個子程序。執行該子程序時，需要進行4 個步驟：①子程序中的變量，能夠從數控系統中，讀取到當前刀具列表中有效的刀具基本幾何尺寸；②在子程序中進行刀具幾何尺寸的比較運算和邏輯運算；③子程序根據運算結果進行有條件程序跳轉；④跳出子程序或顯示錯誤信息，如果存在尺寸錯誤，子程序無限循環判斷，直到運算結果為真，跳出子程序。

下面針對西門子840D 數控系統，介紹編程時所必需的編程指令和系統參數。

（1）從刀庫列表中讀取當前有效的刀具參數，主要通過讀取系統變量的途徑來實現，在西門子數控系統中可以通過系統變量$TC_DP3～$TC_DP11 來表示刀具幾何變量，除了用于物理磨損量（$TC_DP12～$TC_DP20）的參數外，每個幾何參數可以分配最多6 個磨損量（$TC_SCP1y～$TC_SCP6y），和最多6 個設置值（$TC_ECP1y～$TC_ECP6y）。其中通過“$TC_DP3［t，d］”讀取刀具的長度信息，“$TC_DP6［t，d］”讀取刀具的半徑信息。

（2）有條件程序跳轉，在西門子840D 數控系統中，引導有條件判斷的指令通過條件關鍵詞IF，其完整指令有如下3 種形式：①IF（條件表達式）GOTOB 描述跳轉目標；②IF（條件表達式）GOTOF 描述跳轉目標；③IF（條件表達式）GOTO/GOTOC 描述跳轉目標。

如果判斷表達式的邏輯返回值為真，即滿足所限定的條件時，程序將執行跳轉指令，GOTOB 程序向后跳轉至目標標簽，即指往加工程序開始方向跳轉；GOTOF 程序向前跳轉至目標標簽即指往加工程序結束方向跳轉；GOTO 程序帶目標查詢跳轉指令，先往前，然后向后，首先往程序結束方向，然后往程序開始方向；GOTOC 跳轉指令帶目標查找跳轉，如果判斷邏輯返回值為假，即不滿足限定條件，則程序往下繼續執行。

（3）比較運算、邏輯運算。等于為==，大于為＞，小于為＜，大于或者等于為＞=，小于或者等于為＜=，與為AND，或為OR，非為NOT，異或為XOR。

在算術表達式中，可以給變量賦值，不同類型的變量賦值不同，當變量名由字母或值由常數構成時，變量名與值之間必須寫“=”，如果變量名是單個字母，并且值僅由一個常數構成，則可以不寫“=”符號，允許使用符號，分割符在變量字母之后。常用的比較函數有：int、real、bool、char 型變量，char 型變量通常比較代碼的值；axis、string、frame 型變量，可以是等于或不等于，也可以在同步動作中，用作運算string 型變量，比較運算結果有true或false。

對于刀具補償值的判斷條件往往不止一項，為了能夠使限制值更加嚴謹和安全，一般需要限定最大值和最小值，所以通常采用運算符OR 來判斷連接條件判斷的表達式。每一個邏輯運算都有優先等級，在運算表達式中，當一個運算表達式的優先級相同時，則運算從左向右執行，當運算表達式的優先級不同時，高一級的運算，要優先去被執行。在算術表達式中，可以使用圓括號來區分表達式中的運算順序，就不用考慮原先普通的優先運算規則。

（4）GETT 指令給刀具名確定T 號，這個指令提供了設置刀具參數必需的T 編號，數控系統中的刀具名稱通常是已知的，如果存在幾個刀具名稱，則數控系統傳回最有可能的刀具T 編號為-1，刀具名稱或第二編號也可以不分配。

（5）顯示錯誤報警信息，可以在PCU 屏幕上方顯示報警信息，顯示的可編程信息指令是“MSG（信息）”，信息模態，在下一個信息排在隊列之前，信息都是有效的，不能顯示的字符，會以二進制或十六進制的常量接收到字符串中，程序結尾通過M00 指令來中斷程序執行。

2 編程舉例及說明

刀具補償防錯程序示例如下：

3 國內外技術對比

（1）外置對刀儀與數控系統直接交換數據。操作人員在外置對刀儀上檢測，測量出刀具的基本尺寸參數直接傳入到數控系統中，但該方案需對刀儀與數控系統進行總線通信，外置對刀儀需進行設備改造，需使用中間存儲單元當做媒介，一般采用DNC 作為中間存儲單元，因此該方案改造投資成本大。

（2）物理性防錯。在數控機床的夾具上找一個固定位置，加一個對刀樣塊，操作人員每次更換完刀具后，將刀調到主軸上，然后走程序將刀具開到到對刀樣塊位置，操作人員用塞尺測量刀具與對刀樣塊中間的間隙，從而計算出刀具的基本尺寸是否符合要求，該方案同樣存在主軸或夾具被撞的風險，如果輸入錯誤的刀具尺寸，主軸上的刀具將直接撞擊對刀樣塊或夾具，造成設備故障、主軸精度降低等。

（3）數控設備內置對刀儀與外置對刀儀進行數據比對。操作人員首先利用外置對刀儀檢測刀具，測量出刀具的尺寸參數，然后將尺寸參數輸入到數控系統刀具列表中，數控系統給機床發指令，激活機床內置對刀儀，對主軸上的刀具進行二次校驗，測量參數反饋給數控系統，由數控系統程序對兩個尺寸參數進行數據比對，如果兩個尺寸參數在標準公差范圍內，加工程序往下繼續執行，否則報錯，加工程序停止，該方案同樣需要投入高昂的數控機床改造費用，經濟效益低。

4 結束語

通過對西門子840D 數控系統刀具防錯子程序的開發應用，降低了生產現場操作人員壓力，減少刀具尺寸參數輸入錯誤造成的工件尺寸超差、工件報廢，間接提高產品質量，避免人為錯誤的輸入刀具參數造成的撞機床事故，提高生產效率，給工廠創造更大經濟效益。