ARTIS刀具监控系统在数控机床上的开发应用

　　随着制造业技术的不断进步和发展，国内航空制造领域对提高难加工材料工件加工效率和加工质量的要求也越来越高。数控加工中，因各种原因发生的刀具磨损、刀具断裂、主轴碰撞等故障都会对正在加工的工件甚至机床本身造成损坏。由于难加工材料工件加工成本高，加工周期长，加工难度大，如果在加工过程中由于刀具或机床碰撞等原因对工件造成损坏，其损失将会很大。因此对用于难加工材料工件的数控机床进行刀具和运行状态的实时监控，是目前国内制造加工领域巫待解决的一个重要问题。

　　德国ARTIS刀具监控系统是对机床加工过程中刀具磨损或断刀、主轴碰撞等机床状态进行监控的一套监控系统，在国外使用较多，在国内大型数控机床，特别是用于难加工材料工件加工的数控机床上鲜有应用。本文以自主研发的某型号大型数控机床为例，介绍通过对ARTIS刀具监控系统的应用和开发设计，实现对机床刀具状态和加工过程的实时监控。

　　该型号大型数控机床为五坐标数控机床，龙门移动结构，X,Y,Z,A,B五轴联动，机床主轴为四档机械主轴，最高转速达6 000 r/min，具有主轴功率大、扭矩大、变速范围大、转速高等特点，适用于由难加工材料制成的结构复杂、精度要求高的大型整体结构件的加工。机床配置西门子SINUMERIK 840D Power line数控系统，SIMODRIVE 611 D全数字交流伺服驱动及伺服电动机。为保证加工质量，提高加工效率，有必要应用ARTIS监控系统对机床刀具工作状态、碰撞、主轴振动、加工过载等进行实时监控。

1 机床及ARTIS系统配置

　　ARTIS系统是适用于机床制造商对机床刀具及工作状态进行监控的一套系统。机床制造商通过配置专用传感器及配套模块，根据机床结构进行传感器安装和硬件连接，配合进行相关软件设计，即可实现根据监控信号的特征值，对钻、铣、攻丝等加工过程中的断刀、缺刀、刀具磨损、碰撞、加工过载、刀具不平衡等进行实时监控，监控结果可记录在日志文件中，也可在机床数控系统的人机页面上显示。

　　(1)数控机床配置

　　SIEMENS PCU50；SIMODRIVE 611D；WINDOWSXP操作系统；Pr0胁us总线接口；SIEMENS 840D NCU软件版本不低于6.4；SIEMENS 840D系统具备在线刀具监测、自适应控制等选项功能。

　　(2)ARTIS系统硬件
CTM卡：ARTIs监控系统的核心部件，CTM卡安装在PCU50的PCI插槽中。

　　VA-1或VA-2：振动传感器，安装在机械主轴上，用于监控主轴状态，建议安装在主轴轴承端面。

　　VG-4：振动传感器信号转换模块，可接2个传感器，这台机床为单主轴，仅使用1个传感器。根据传感器电缆长度，将VG-4固定安装在机床合适位置。

　　(3)ARTIS系统软件

　　ARTIS系统监控软件：用于监控过程处理、统计等功能，集成在CTM卡中。

　　CTMVISU：ARTIS监控系统可视化软件，安装到PCU50中，将采集到的信号通过不同通道实时显示。

　　DTA：集成在cTM卡上的选项功能，通过Profibus总线将机床数字扭矩数据输出到CTM系统。