斷刀檢測系統(tǒng)在發(fā)動機缸蓋線中的應用

發(fā)動機缸蓋加工所需加工孔系極為復雜且生產(chǎn)線使用的刀具越來越昂貴，加工過程中如不能預防斷刀并及時發(fā)現(xiàn)，會造成產(chǎn)品工件批量不合格，影響產(chǎn)品合格率，造成生產(chǎn)浪費。嚴重的斷刀會影響設(shè)備的主軸及夾具精度，刀具折斷后恢復機床各功能時也較為復雜，大大影響生產(chǎn)效率。

斷刀檢測系統(tǒng)的原理

隨著新產(chǎn)品的投入，人們對缸蓋加工的精度要求越來越高，機床加工處理越來越快速和多樣化，因此靠人員技能來保證對機床的監(jiān)控就顯得十分復雜。

為了實現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)效率的最大化，需要具有操作簡單、靈活性高、能夠管理大批量同種類加工、參數(shù)設(shè)定完成后無需維護以及在機床上的改造無需進行機械更改等特點的斷刀檢測管理系統(tǒng)。

由于缸蓋線機床在現(xiàn)場使用主軸夾持刀具，即在機床切屑加工時切削力被傳遞到刀具主軸的驅(qū)動電動機上。由換能器在輸電網(wǎng)絡(luò)上測量由驅(qū)動電動機的每個階段吸收的有效電壓和電流，換能器計算瞬時有功功率并將其傳送給監(jiān)測器，通過監(jiān)測器處理功率值，瞬時功率和功率導數(shù)的處理將可以檢測到刀具的斷裂。對于一個加工循環(huán)，被吸收的能量的處理將可以檢測到刀具的磨損。通過由機床廠家研發(fā)中心的試驗部門進行的客觀比較性試驗，選擇了DigitalWay公司的WattPilote產(chǎn)品，其參數(shù)如表1所示。

加工的檢測建立在學習和比較的原理上。

1.學習階段

在用正常的加工條件進行一個學習循環(huán)時，一個基準加工被存儲下來。

具體現(xiàn)場學習模式：當在學習模式下時，所有被機床檢測和執(zhí)行的加工循環(huán)均被存儲并被看成是第一條學習曲線(見圖1)。僅當系統(tǒng)被置于加工監(jiān)測模式下時，下一個加工的循環(huán)被存儲以結(jié)束學習曲線。

(1)功率曲線的學習方法：使用一把新刀具通過CNC軟件申請對相應的曲線進行學習后加工一個零件，形成一條監(jiān)控曲線。監(jiān)控曲線形成后，需設(shè)定檢測監(jiān)控曲線，便于后期比較。

(2)設(shè)定檢測監(jiān)控曲線的方法：設(shè)定的目的是獲得合理的上下限公差曲線。因缸蓋加工條件(鋁合金制品在加工中刀具相對磨損較輕)，對監(jiān)控的下公差曲線更為重要，因為最頻繁出現(xiàn)故障的是功率曲線穿過下極限而不是上極限。

(3)調(diào)整完成時需連續(xù)加工幾個零件，然后檢查各加工曲線相對于公差曲線的差異。如果需要的話，則重新調(diào)整上下限曲線。確認設(shè)定結(jié)束后以激活監(jiān)控進行比較。

2.比較階段

對于下面的每個加工循環(huán)，我們進行了多種類型的檢測。

在每次測量換能器時將瞬時功率與已經(jīng)學習的加工功率做比較，并將瞬時功率的導數(shù)與已經(jīng)學習的加工功率的導數(shù)進行可選比較。在每個加工循環(huán)結(jié)束時將被吸收的能量與學習能量相比較;超出機床設(shè)定的數(shù)據(jù)后將自動報警，機床停止加工。具體現(xiàn)場加工監(jiān)測模式：這是該系統(tǒng)的正常運行模式，系統(tǒng)同時測量功率、能量和每個加工的導數(shù)，并將它們與學習曲線上相應的值相比較。這個模式是在儀器通電時被默認選擇的，且只要其他模式?jīng)]有被激活該模式就持續(xù)有效。加工監(jiān)測模式下進行的檢測如圖2所示。

檢測對刀具斷裂、雙重加工進行瞬時探測。導數(shù)檢測對刀具和刀片的斷裂以及零件定位錯誤進行瞬時探測。能量檢測在加工循環(huán)結(jié)束時對刀具的磨損情況進行探測，但是也能檢測無刀具或無零件的情況。

斷刀檢測系統(tǒng)的應用

根據(jù)目前現(xiàn)場使用情況，以下為刀具在加工期間報警現(xiàn)象及具體解決方法。

1.刀具已磨損的預報警處置方法

這個錯誤出現(xiàn)在工作循環(huán)結(jié)束時，當系統(tǒng)檢測到加工循環(huán)期間消耗的能量超過了計劃能量的首個公差，這個故障使WRN輸出生效但不使系統(tǒng)停止。操作員要準備備用刀具及時更換，后恢復生產(chǎn)。

2.刀具斷裂的處置方法

這個錯誤出現(xiàn)在工作循環(huán)過程中，當檢測裝置檢測到功率超過了功率上限或最大絕對極限。如果導數(shù)檢測被激活，導數(shù)公差范圍之外的測量將觸發(fā)同樣的故障，這個故障使輸出生效并取消輸出。因此系統(tǒng)被停止，并等待清除故障。機床會停止加工，操作員需更換新刀具，取出斷刀工件后，恢復加工。

3.刀具已磨損的處置方法

這個錯誤出現(xiàn)在工作循環(huán)結(jié)束時，當檢測裝置檢測到能量消耗超過了能量最大極限。這個故障使WRN輸出生效，并取消ALR輸出。因此系統(tǒng)被停止，并等待清除故障。操作員要更換刀具，后恢復生產(chǎn)。如在刀具已磨損預報警時進行了更換，該報警不會發(fā)生。

4.雙重加工的處置方法

這個錯誤出現(xiàn)在工作循環(huán)過程中，當檢測裝置檢測到功率在功率的下極限之下;或出現(xiàn)在工作循環(huán)結(jié)束時，當檢測裝置檢測到能量消耗在能量下極限之下。這個故障使NOT輸出生效，并取消ALR輸出。因此系統(tǒng)被停止，并等待清除故障。該故障均發(fā)生為操作者疏忽造成加工的工件二次加工，需排出二次加工工件后恢復正常加工。

缸蓋火花塞孔監(jiān)控處理方案如表2所示。

結(jié)語

為了保證優(yōu)良的工作效率并預防批量不合格件的產(chǎn)生，各生產(chǎn)廠家均嘗試著利用刀具轉(zhuǎn)矩適時監(jiān)控來控制刀具磨損及加工中斷刀的發(fā)生。

在缸蓋線規(guī)劃初期與機床廠家進行技術(shù)交流后，現(xiàn)場經(jīng)過了斷刀檢測的使用：通過刀具已磨損的預報警可避免刀具異常磨損導致生產(chǎn)線不合格件的產(chǎn)生。雙重加工的報警通過現(xiàn)場操作員的檢查可避免雙重加工工件流出的風險，刀具斷裂報警及刀具已磨損報警可及時發(fā)現(xiàn)加工中出現(xiàn)的異常斷刀，從而使機床及時停止加工，通過人工干預進行刀具異常的處理，避免不合格件的產(chǎn)生及流出，提高生產(chǎn)線的加工品質(zhì)、避免設(shè)備異常損壞、保證設(shè)備使用精度并延長了設(shè)備使用壽命。