基于R参数的数控刀具寿命管理程序开发

赵国强，武迎迎，张春明

（潍柴动力股份有限公司，山东 潍坊 261061）

0 引言

近年来，加工中心和FMS线被大量使用，其配备的数控刀具的种类、数量也大大增多。刀具寿命直接关系到成本控制、加工质量等问题，靠以往的人工检查、维护，刀具管理的效率低且难以满足生产要求［1］。因此，如何对刀具寿命进行实时、有效管理，是企业面临的一项重要课题。

针对上述问题，采用累积加工次数来计算刀具寿命的方法，开发了一套基于R参数的刀具寿命管理程序，针对不同刀具输入各自的寿命值，在加工中不断比对加工次数，最后发出中断运行、换刀报警指令，实现刀具寿命的实时管理。

1 数控刀具寿命管理程序功能分析

图1为刀具寿命管理程序功能框架。以CNC为主控单元，实现对当前刀具寿命的读取、比对及错误警报控制，具体功能展开如下：

（1）读取功能：每把刀具加工完成后，CNC自动累计当前刀具的加工次数，并保存在各自的寿命计数器中，程序通过指定的R参数来实时调取当前刀具的实际寿命值。

（2）比对功能：为每把刀预先设定一个刀具寿命额定值（可使用次数）及刀具实际寿命与额定值差异的预警值。程序对读取的当前刀具实际寿命与该刀额定值进行差异计算，然后将差异值与设定条件进行判断。

（3）错误报警：伴随加工次数的累积，刀具寿命在不断减少，当刀具寿命达到临界状态准备换刀时，程序通过机床CRT报警，提示操作者做好换刀准备；当刀具寿命结束时，程序通过机床CRT报警告知操作者换刀，机床停止加工；若刀具寿命未达到额定值，会继续下一轮加工。

2 基于R参数的数控刀具寿命在线管理程序开发

R参数编程是西门子840D系统提供的一种先进编程方法，通过使用参数变量来代替程序中的功能代码或地址值实现程序的灵活开发。R参数的数量可根据需要自行扩展，一般有1 000个（R0～R999）可供使用，增强了编程的灵活性［2］。

图1 刀具寿命管理程序功能框架

基于R参数编程功能，刀具寿命管理程序的开发流程如图2所示。

2.1 积算刀具寿命

利用R参数计算功能，预先为每把刀具设定寿命（使用次数）计数器。本程序使用加计数器，即使用1次后，CNC会自动使当前刀具的使用次数加1，并自动保存在每把刀具的R参数计数器中。

2.2 比对刀具实际寿命值与额定值差异

基于R参数的刀具寿命管理程序能够进行算数及逻辑运算，具备条件判断功能。其中，刀具实际寿命值与额定值差异编程方式如下：

CNC实时获取当前刀具实际寿命并与额定值进 行差异计算，并对该差值与设定条件进行判断处理。

图2 刀具寿命管理程序的开发流程图

2.3 临界状态准备换刀预警及刀具寿命结束强制换刀报警

随着刀具使用次数的不断增加，当刀具实际寿命与额定值的差值小于预警值时，机床会继续动作，但在机床CRT上会显示准备换刀信息。当刀具寿命结束后，机床停止动作，并在CRT上显示需更换刀具的报警信息，当前刀具寿命计数器会自动清零。当然，差异值大于预警值时，机床会正常加工。通过在主程序中需要位置合理设置标签，引导操作者对警示信息进行正确处理。其中的编程方式如下：

3 实例应用

下面以某气缸体缸孔加工工序为例，介绍刀具寿命管理程序的编程方法。为简化过程说明，仅选择止口、缸孔两工步进行程序的开发演示，加工内容见图3。

3.1 工艺说明

缸孔加工工艺说明见表1。

3.2 程序开发

图3 气缸体缸孔加工简图

（1）主程序代码如下：

表1 缸孔加工工艺说明

（2）刀具寿命计数器清零子程序代码如下：

（3）刀具寿命管理子程序代码如下：

在实际应用中，可以将刀具寿命管理程序作为子程序预先存储在机床数控系统中，数控主程序可以简单、灵活调用，具有良好的编程通用性。

4 结束语

刀具寿命管理是企业成本管理的一项重要内容。通过应用刀具寿命管理程序，可以有效控制刀具的使用寿命，为企业的刀具成本管理提供准确的数据支持。同时，降低了人工管理的难度，是一种低成本、高效率的自动刀具寿命管理方法。

实践表明，某发动机气缸体FMS线应用开发的刀具寿命管理程序后，刀具寿命问题造成的废品率由6.5%降至0.5%以内，有效提高了加工质量，具有较高的推广应用价值。

［1］樊军，刘德栋.FANUC用户宏程序在刀具寿命管理中的应用［J］.组合机床与自动化加工技术，2006（7）：79－80.

［2］陈先锋，蔡捷.SINUMERIK 840D数控系统高级编程与ShopTurn应用教程［M］.北京：人民邮电出版社，2011.