断刀检测软件技术详解.docx

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断刀检测软件技术详解

技术培训

断刀检测

SiemensSolutionLineVersion

1

断刀检测–数控单一网络-Solutionlineversion

2012/02/14

版本号

更改内容

日期

1.介绍

1.1培训的目的

▪解释断刀监测的必要性。

▪介绍所选择的系统和选择标准。

▪说明该系统运行的基础知识，目的是:

-了解如何使用该系统

-解释如何启动

-能自主进行调整

-客观地进行跟踪，以进行优化使用。

-定义使用范围。

1.2为什么进行断刀监测?

▪刀具越来越昂贵。

▪加工处理越来越快速

▪自动化系统在不断变化，因此很少有操作工能够保证对机床的监控。

▪生产效率提高.

保护机床

保护刀具

保护零件

1.3监测方法

延时:

▪通过对进行的加工触点探测来检测:

检测屏蔽（Masquedecontrôle）

▪通过对刀具触点探测来检测:

Middex,Leukhard（电动检测）

Detector（气动检测）

▪通过激光单元进行检测:

Blum

Keyance

Nordmann

Promotec

Artis

▪通过光学单元进行检测:

Leuze

Keyance.

实时:

▪通过摄像头（数字化图像）进行检测:

Omron

▪通过超声波监测进行检测:

Omron

Europhysicalacoustic

▪通过主轴或刀柄中的应力监测进行检测:

Sandwik

Artis

E.I.F.Promess

Promotec

Montronix

▪通过功率监测进行检测:

Artis

DigitalWay

Nordmann

Deemstop

1.4通过功率检测进行实时监测

▪整合简单

▪工艺变化非常灵活

▪能够管理大量加工

▪无需维护

▪在机床上的改造无需进行机械更改

通过由研发中心的试验部门进行的客观比较性试验，选择了DigitalWay公司的WattPilote产品。

2.attPilote系统的运行原理

2.1功率和能量的概念

▪功率与用给定的速度抬升一项负载所需要的力相对应。

▪在这两种情况中所做的功是相同的，它与将负载在一个相等距离上移动所耗费的能量相对应。

2.2一个加工循环的功率和能量

▪由主轴吸收的瞬时功率的值与要施加在刀具上以移除材料所需要的力矩相对应。

这个功率随时间变化，并取决于刀具所处的阶段（刀具在实心材料处、通孔处…）

▪对于一个给定的加工循环，由电机吸收的能量等于瞬时功率x时间乘积的总和。

.

▪功率的导数指是在一段很短的时间内功率的变化，即:

dP/dt.

功率导数的处理可以放大功率的变化并显示出一些现象，例如动态中刀片的断裂。

2.3WattPilote的组成和运行原理

频率

转换器

数字控制单主轴刀具机床

笔记本电脑

（用于备份）

主轴

▪在加工时,切削力被传递到刀具的驱动电机上。

换能器在输电网络上测量由驱动电机的每个阶段吸收的有效电压和电流。

换能器计算瞬时有功功率并将其传送给监测器。

监测器处理功率值。

▪瞬时功率和功率导数的处理将可以检测到刀具的断裂。

▪对于一个加工循环，被吸收的能量的处理将可以检测到刀具的磨损。

⇨加工的检测建立在学习和比较的原理上。

第一阶段:

学习:

在用正常的加工条件进行一个学习循环时，一个基准加工被存储下来。

第二阶段:

比较:

对于下面的每个加工循环，进行了多种类型的检测。

▪在每次测量换能器时（5毫秒），将瞬时功率与已经学习的加工功率做比较。

▪在每次测量换能器时（5毫秒），将瞬时功率的导数与已经学习的加工功率的导数进行可选比较。

▪在每个加工循环结束时，将被吸收的能量与学习能量相比较。

3.

WattPilote的使用

3.1运行模式

3.1-1机加工监测模式 :

这是该系统的正常运行模式:

WattPilote同时测量功率、能量和每个加工的导数，并将它们与学习曲线上相应的值相比较。

这个模式是在仪器通电时被默认选择的，且只要其他模式没有被激活该模式就持续有效。

.

每种检测有其特点:

-功率检测对刀具断裂、无刀具和双重加工进行瞬时探测。

-导数检测对刀具和刀片的断裂以及零件定位错误进行瞬时探测。

-能量检测在加工循环结束时对刀具的磨损情况进行探测，但是也能检测无刀具或无零件的情况。

绝对公差

下公差

上公差

功率

学习曲线

时间

加工监测模式下进行的检测的图示

注意:

-在同步模式下（T_ACC=0）,当被称为CTR的外部输入被自动化系统（数字控制,自动化装置）激活，WattPilote开始进行加工监测。

只要输入CTR被保持，检测就有效，当该输入被取消时，检测停止。

-在对接模式下（T_ACC=1ou2）,循环有一点不同。

输入CTR同样被使用，但循环的开始还要求功率的增高（参数T_TRI可以确定循环计数所需要的功率增高）。

3.1-2恢复加工模式 :

由M27激活

这个模式被用于在一个活多个已经部分加工的零件上进行检测。

在这种情况下，只有功率的上极限被检测，对消耗的能量或导数不做任何监测。

加工应该与学习循环保持同步。

只要其他模式没有被激活该模式就持续有效。

注意:

应该在每次下一个检测循环与学习循环不同时，申请一个恢复加工循环,例如对一个已经部分加工的零件恢复加工（注意加工结束前的单元返回会导致零件被部分加工）。

学习曲线

上公差

时间

绝对公差

功率

恢复加工模式下进行的检测的图示

注意:

如果循环在对接模式（T_ACC=0）下定义，不进行任何检测。

3.1-5学习模式

当WattPilote在学习模式下时，所有被机床检测和执行的加工循环均被存储并被看做是第一条学习曲线。

仅当系统被置于加工监测模式下时，下一个加工的循环被存储（直到达到参数P_LER的值）以结束学习曲线。

注意 :

从申请学习之刻到最后一个学习循环之间，不应该对WattPilote断电（存储一个学习曲线所需要的加工循环的数目根据参数P_LLER确定）。

注意 :

WattPilote应该仅在一个加工循环上保持学习模式。

所有这些模式可以通过安装在加工中心的PCU50上的WattPiloteVisuCN软件手动选择。

但是，它们全部由加工中心的自动化系统管理。

3.2故障描述

刀具已磨损的预报警:

这个错误出现在工作循环结束时，当系统检测到加工循环期间消耗的能量超过了计划能量的首个公差（E_FAL）。

这个故障使WRN输出生效，但不使系统停止。

刀具断裂:

这个错误出现在工作循环过程中，当检测装置检测到功率超过了功率上限（P_SUP）或最大绝对阈限（P_ABS）。

如果导数检测被激活，导数公差范围（D_SUP和D_INF）之外的测量将触发同样的故障。

这个故障使BRK输出生效，并取消ALR输出。

因此系统被停止，并等待清除故障。

刀具已磨损:

这个错误出现在工作循环结束时，当检测装置检测到能量消耗超过了能量最大阈限（E_SUP）。

这个故障使WRN输出生效，并取消ALR输出。

因此系统被停止，并等待清除故障。

无刀具/双重加工:

这个错误出现在工作循环过程中，当检测装置检测到功率在功率的下阈限（P_INF）之下，或出现在工作循环结束时，当检测装置检测到能量消耗在能量下阈限（E_INF）之下。

这个故障使NOT输出生效，并取消ALR输出。

因此系统被停止，并等待清除故障。

刀具计数器:

这个错误出现在工作循环结束时，当检测装置检测到加工循环的数量大于计数器T_CNT。

这个故障使CNT输出生效，并取消ALR输出。

因此系统被停止，并等待清除故障，以及清除刀具更换以便将循环计数器归零。

系统故障:

这个错误出现在仪器通电时，它指出系统丢失了学习曲线的存储，和屏蔽表（tableaudesmasques）。

操作员应该清除故障，重新进行曲线学习，并检查参数设置。

在这种情况下，ALR输出被取消。

注意:

参数没有被丢失，它们被恢复到永久存储器中，并被转移到仪器的RAM存储器中。

这些故障由加工中心的自动化系统处理，故障的详细信息（日期和时间，相关加工编号，名称）被传输给装在加工中心的PCU50上的WattPiloteVisuCN软件。

3.3与机床的界面

▪测量系统的安装 :

接地线

网络输出

网络输入

▪输入/输出的安装 :

如下原理图指明了WattPilote单一，自动编程（PLC）和数控的完整接口。

-快速输入由来自于NC或PLC的快速输出激活

-快速输出与数控中断的输出相连.

主轴

接地

∙

在机加工中心上的安装:

NC :

PROFIBUS&以太网

DigitalWAY:

3.4技术特性

▪一般特性 :

共同特性

模块的电源24VDC±10%,0.7A

M4螺钉上的地线接头

输入工业兼容PLC,24VDC类型II,15mA

接在螺丝端子上

输出工作接触静态继电器,24VDC,100mA

接在螺丝端子上

环境温度0…50°C.

安装EN50 023对称DIN轨

保护状态号IP20.

WattPiloteSingle

尺寸长度184mm,宽度105,高度92mm.

重量1kg380

▪设备的特性:

根据下表对设备编号

Single:

WP-C0-XxxxDual:

WP-D0-XxxxTransfer:

WP-T0-Xxxx

xxx=根据下表的功率（单位：

千瓦）

X=S:

主轴三相电机

A:

轴的三相电机

D:

直流电机

功率2千瓦4千瓦6千瓦8千瓦16千瓦32千瓦48千瓦64千瓦

xxx002004006008016032048064

▪电缆编号 :

类型:

屏蔽的,PVC护套380伏80°C,

带金属罩的接线器

长度:

最长50米。

电缆

WR-M01

WR-M02

WR-M05

WR-M10

WR-M15

WR-M20

WR-M30

长度

1米

2米

5米

10米

15米

20米

30米

3.5零件编程

▪用于WattPilote 使用的零件程序句法:

功能

编程

第n号加工曲线的检测开始

H20=n

M124

在加工程序中

加工曲线的检测结束

M125

特殊运行模式（学习,恢复,更滑零件批次）的取消

M24

在制造商循环中

更换零件批次

M26

请求恢复加工

M27

对于第n号加工曲线的更换刀具确认

H20=n

M123

WattPilote确认

M28

WattPilote取消

M29

▪在零件程序中实施 :

………….

.GOTOFFIN_LABEL

…….

US_1AVT:

G0G64Z=RFP

G1Z=DP

G4S=DTB

G0G60Z=RTP

ENDLABEL:

US_TAR:

G0G64Z=RFP

BRISK

G331Z=DPK=PITS=VROT

G332Z=RFPK=PITS=VROT*2

SOFT

G0G60Z=RTP

ENDLABEL:

US_TAR_DW:

G0G64Z=RFP+（0.01*PIT*VROT）M124

BRISK

G331Z=DPK=PITS=VROT

G332Z=RFPK=PITS=VROT*2

SOFT

G0G60Z=RTPSPOS=DC（0）M125

ENDLABEL:

US_FOR_1AV:

G0G64Z=RFPS=VROT1M4

G1F=VAV1Z=DP1

G1F=VAVS=VROTZ=DPM3

G0Z=DP1M5

G1G60F=80000Z=RTP

ENDLABEL:

US_FOR_1AV_DW:

G0G64Z=RFPS=VROT1M4M124

G1F=VAV1Z=DP1

S=VROTM3

G4F=DTB

G1F=VAVZ=DP

G0Z=DP1M5M125

G1G60F=80000Z=RTP

ENDLABEL:

.

.

FIN_LABEL :

.

.

SETINT

（1）PRIO=1ARRET

…………

FFWON

SOFT

IFOPEC==0GOTOFUSINAGE

IFOPEC==999GOTOFFIN

.

.

CASEOPECOF1GOTOFOP12GOTOFOP23GOTOFOP3DEFAULTGOTOFERREUR

USINAGE:

.

.

OP1 :

T1

M6

MSG（"OP1:

PERCAGE"）

F474S2785D1M3M41H20=1M7M8

.

.

REAPEATUS_1AVT

.

.

M124

REPEATUS_1AVT

M125

.

.

OP2 :

T2

M6

MSG（"OP2:

TARAUDAGE"）

F530S0D1M5M42H20=2M7M8

.

.

REPEATUS_TAR

.

.

REPEATUS_TAR_DW

.

.

OP3 :

T3

M6

MSG（"OP3:

FORAGE"）

………………….H20=3M7M8

.

REPEATUS_FOR_1AV

.

.

DTB=1

REPEATUS_FOR_1AV_DW

.

.

FIN :

CLRINT

（1）

M24

M2

4.WattPilote的参数

4.1重要使用规则

▪法国柯马只承诺对直径>3的钻头和>M5的丝锥的断刀进行检测。

▪功率曲线的学习只有当它在稳定工艺（零件程序、切削条件等等被固定下来）上做出的情况下才有意义。

▪功率曲线的学习应该用新刀具进行。

▪检测开始和结束的标记应该被定位，这样被检测的加工阶段随时间发展被反复进行（系统将检测到任何的不同步情况）。

▪确保检测的开始在与主轴的空转相对应的稳定功率的阶段进行，在刀具进入材质中之前，以便WattPilote能够正确地获得空转功率。

▪对于每个被检测的加工，确保主轴的杂波<加工所消耗的功率的1/3。

主轴的杂波与在一个稳定速度阶段中消耗的功率的变化幅度相对应。

▪如果一个加工循环包含多个重复的钻孔或攻丝程序，只检测最后一个。

▪给WattPilote发送更换刀具的信号:

如果所使用的曲线编号被填写在刀具表中，这将自动进行。

带调整参数的典型曲线

检测开始

检测结束

学习曲线

4.2参数清单

参数综合

参数

名称

T_ACC

启动模式的选择

P_MIN*或T_TRI

检测的最小阈限–对接模式下触发器的数值

（如果T_ACC=1，使用T_TRI）

P_ABS

绝对安全阈限

P_DYN和P_STA

机床空载功率的静态偏移

测量传感器校准

P_FIL

公差外功率检测的反应速度

T_BEG

循环计数开始时间

P_LER

学习循环的数目

机床启动模式（柯马未使用）

T_SYN

异步公差

P_INF

功率下公差

P_INI

磨损系数测量所需要的循环数目

T_END

无检测的循环结束

P_MIN*

机床空载功率的动态偏移

P_SUP

功率的上公差

E_FAL

刀具已磨损的预报警阈限

E_SUP

刀具已磨损的报警阈限（机床停止）

T_ECH

学习取样

T_REG

调整模式下的强制检测 :

未使用

T_FIL

对于循环>150毫秒，模拟过滤器=1

P_COR

接P12.

E_INF

无刀具报警阈限

E_AVR

用于能量平均值计算的循环数目

E_ABS

绝对或相对的能量下阈限 （0=绝对;1=相对）

P_NUM

空载功率的动态曲线

目前未使用在WattPilote的软件版本中。

P_AVR

用于动态偏移计算的测量数目

目前未使用在WattPilote的软件版本中。

P_TOL

空载功率的动态偏移的公差

D_USE

导数检测的使用

D_MIN

导数检测的最小阈限

D_SUP

导数的上公差

D_INF

导数的下公差

T_CNT

加工循环计数器

T_FRM

多个传感器的组合

目前未使用在WattPilote的软件版本中。

4.3参数的调整

▪功率曲线的学习

⇨使用一把磨合好的新刀具

⇨通过WPVisuCNC软件申请对相应的曲线进行学习

⇨加工一个零件

▪检测包络线的调整

下列调整的目的是获得一条钟形或半钟形的下公差曲线，因为出现最频繁的故障是功率曲线穿过下极限而不是上极限。

⇨调整T_BEG和T_END以定位检测区域。

将T_BEG定位在一个稳定的空载功率区域中（在加工开始之前）

⇨调整P_DYN=2以在T_BEG到期时获得空载功率。

⇨用下公差的最大值调整P_MIN。

⇨增大P_SYN以获得一个钟形或半钟形的下公差。

▪考虑磨损系数的参数调整以校准学习曲线

⇨如果刀具直径>=5且如果M26（更换零件批次的信号）被编程在ORG_APLI中，保留P_COR=1。

⇨如果刀具直径>=5且如果刀具没有被使用在具有不同的曲线编号的不同的零件程序中，保留P_COR=1。

⇨否则调整P_COR=0.

▪刀具表的填写

⇨AP软件版本

在页面“用户数据”中手动填写用于被检测刀具的曲线编号或编程M31（刀具表填写申请）并加工一个零件。

⇨AP软件版本>=V3.xx.06 :

刀具表在学习曲线时由一个ASUP（ASUP_NOY）自动填写，ASUP在制造商循环中使用宏DW_H20。

▪调整的完成

⇨加工几个零件，然后检查各曲线相对于公差曲线的差异。

⇨如果需要的话，重新调整参数。

⇨调整T_REG=0以激活监测。

用于钻孔的典型曲线 :

时间（秒）

功率（千瓦）

用于攻丝的典型曲线 :

在攻丝时应该看见的是:

攻丝的功率淹没在主轴的初始加速的功率中。

凭经验,我们确定应该增加的Z向的garde（mm）如下:

0.01x主轴旋转速度（转/分钟）x攻丝步距（mm/转）

用于镗孔的典型曲线 :

时间（秒）

功率（千瓦）

凭经验,我们确定应该在主轴启动之后，在M3，前进到材质中之前，插入一个延时

4.4

曲线名称的代码

C0007500001W.012

5.调整帮助:

WattPiloteVisuCNC软件

见DigitalWay的资料.

6.使用范围

▪法国柯马只承诺对直径>3的钻头和>M5的丝锥的断刀进行检测。

▪其他加工的监测以及刀具磨损的跟踪由客户承担费用，并由客户单独承担责任。

▪同样,系统的间接使用（例如主轴的监测）由客户负责。

7.DIGITALWAY 的安装和维护

7.1不同的软系统

调节和保存软件WP_VISU_C

+

调节软件VISU_CN_C

调节和保存软件WP_VISU_C

+

调节软件VISU_CN_C

软系统

7.2信息通信端口

通过以下方式启动软件WP_VISU_C:

-若是PCU50:

START\PROGRAMS\WP_VISU_C\WP_VISU_C

-若是PC:

DEMARRER\TOUSLESPROGRAMMES\WP_VISU_C\WP_VISU_C

显示提问"是否继续阻止此程序？

",

点击解除阻止.

进入系统设置页面\改变通信端口,

选择以太网并且设置如下:

@开始IP:

192.168.214.245

@结束IP:

192.168.214.245

点击OK确认.

7.3关于以太网地址和Wattpilote模式的Profibus

通过以下方式启动WP_VISU_C:

-若是PCU50:

START\PROGRAMS\WP_VISU_C\WP_VISU_C

-若是PC:

DEMARRER\TOUSLESPROGRAMMES\WP_VISU_C\WP_VISU_C

若出现安全警告窗口，点击UNBLOCK（解除阻止）

进入Connexion连接菜单.

出现«ConnexionWattPilote连接»窗口.有3种可能的情况出现:

情况1:

在矩形框«连接到网络的WattPilote表»中有WattPilote出现.

在这种情况下，直接进入下一步«▪选择上面的部分…»

（下一页）.

情况2:

在矩形框«连接到网络的WattPilote表»,显示为空（30秒后仍为空），并且将鼠标至于矩形框的范围内始终显示为沙漏状.

在这种情况下:

-点击«退出»

-将鼠标置于«连接到网络的WattPilote表»的矩形框范围内并且等待沙漏消失.

-若为PCU50:

在PCU的键盘上打出«SCAN»（«SCAN»不在屏幕上显示）.

注意:

若此操作无效，在PCU上插入一外接键盘，并且重新打入小写的scan指令

-若为PC:

在PC的键盘上打出«SCAN»（«SCAN»不在屏幕上显示）.

情况3:

在窗口下出现一条红色的进度条后，自动结束。

在矩形框«连接到网络的WattPilote表»,显示为空。

在这种情况下:

-若是PCU50:

在PCU的键盘上打出«SCAN»（«SCAN»不在屏幕上显示）.

注意:

若此操作无效，在PCU上插入一外接键盘并且重新打入小写的scan指令

-若为PC:

在PC的键盘上打出«SCAN»（«SCAN»不在屏幕上显示）.

选择上面的部分（与出现IP地址和WattPilote名称的指令为同一行）