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數控加工中心刀具識別系統原理及應用

2022-7-21 來源：上汽通用五菱汽車股份有限公司作者：覃華漢　潘海銘　唐軍

摘要：機械加工由普通的機床到數控機床加工，再到現在普遍的數控加工中心進行加工，而數控加工中心與數控機床最大的區別在于自動換刀系統。加工中心的自動換刀系統得益于刀具識別系統 , 刀具識別系統能夠把刀具所有的信息傳遞到機床主機。本文闡述加工中心刀具如何進行識別處理，識別系統的工作原理及實際現場的應用。

關鍵詞：數控加工中心　刀具識別　實際運用

1、引言

現代自動控制領域沒有自動化的識別是無法想象的。自動化識別技術有很多方法：條形碼、機械編碼、微波技術、或者感應識別技術。要從以上的方法中作出一個正確的選擇并不容易，但是實踐證明感應式識別技術是一個行之有效的方法，特別是應用于生產和裝配領域。感應式原理能夠保證在惡劣的周圍環境下有效工作，非接觸式的工作方式確保了系統的高可靠性和穩定性，感應式識別技術是在惡劣的工業現場應用的正確選擇。

2、識別硬件系統

識別硬件系統由編碼塊、讀寫頭、處理器組成。編碼塊：接收能量信號作為其電源，并將其數據以脈沖調制信號傳輸給讀 / 寫頭。讀寫頭：同編碼塊進行數據傳輸，發送70k Hz 的能量信號并接收從編碼塊傳回的數據信號。能量信號上帶有載波，能夠同時將數據寫入編碼塊的存儲器。處理器：控制編碼塊和讀 / 寫頭之間的雙向數據傳輸，并作為緩沖存儲器。處理器好比上位機和編碼塊之間的橋梁。

圖1　讀寫系統硬件組成

3、識別系統工作原理

讀寫頭通過電磁感應非接觸式讀 / 寫編碼塊信息，并將讀取刀具信息傳輸到處理器進行緩存，處理器通過現場 Profibus 總線與機床 PC/PLC 進行通訊，將數據輸送存儲在PLC 中。

圖2

3.1　數據的讀取和寫入

要執行讀取或寫入作業，編碼塊必須位于讀寫頭的活動區域。讀寫作業具有以下序列：

a.PLC 將以下內容發送至輸出緩沖區：- 指令指示符至子地址 01Hex，- 讀取或寫入的起始地址至子地址02Hex/03Hex，- 讀取或寫入的字節數至子地址04Hex/05Hex，- 字節頭中的 CT 位，根據編碼塊類型（緩沖區大小），- 并將字節頭中的 AV 位設定為高位。b. 處理器：- 接收請求（輸入緩沖區字節頭中的 AA位設定為高位），- 開始傳送數據；讀取＝從編碼塊到輸入緩沖區，寫入＝從輸出緩沖區到編碼塊。更多的數據以數據塊的形式發送（帶第 2 字節頭的緩沖區大小＝緩沖器大小 -2），（不帶第 2 字節頭的緩沖區大小＝緩沖器大小 -1）。2 個字節頭中的轉換字節用來作為 PLC和處理器之間的一種數據交換。c. 處理器已正確地處理指令（輸入緩沖區字節頭里的 AE 位）。如果在執行指令過程中發生故障，則故障代碼將寫入輸入緩沖區的子地址 01Hex 并且輸入緩沖區字節頭的AF 位將會重設。

3.2　編碼塊與讀 / 寫頭之間的關系

編碼塊與讀 / 寫頭之間通過電磁感應非接觸式進行數據交換，編碼塊所需電源也由與讀 / 寫頭之間的電磁耦合提供，所以讀 /寫頭與編碼塊之間正確可靠傳輸數據的關鍵在于特定的空間距離內，讀 / 寫頭與編碼塊之間應保證充分的數據讀寫時間。對于靜態（設置參數：第 2 字節第 5 位 =0）讀寫過程而言，編碼塊在讀寫頭前完全禁止，這就允許它們兩者之間能有一個較大的空間距離。對于動態（設置參數：第 2 字節第 5 位 =1）過程而言，編碼塊要在很短的時間內被讀或寫，必須有一個較短的空間距離以保證有足夠大的讀 / 寫通道。每個讀寫頭有與之配套的編碼塊（它們之間的配對取決于物理尺寸的大小和天線區域的結構），讀 / 寫頭與編碼塊之間的距離和允許的水平偏移量如圖 3。

圖3

4、現場的應用

4.1　刀具識別

將編碼塊通過膠水鑲嵌粘到刀柄上，編碼塊寫好刀具信息，主要包括：刀號、識別號、刀具實際長度、刀具實際半徑、長度公差、最大允許的使用壽命、實際刀具壽命 \ 實際使用頻率、刀具狀態、刀具切割半徑、刀具測量狀態、刀具重量、測量單位、刀具磨損長度、刀具半徑磨損量、大刀具標識、刀具長度補償值等。讀寫頭安裝在刀庫的入口處，刀具裝刀入庫前會將刀具信息讀入 CNC 系統，刀具從刀庫取出時會把數據寫入刀庫中，從而完成刀具信息的讀與寫過程，從加工準備到加工過程，整個生產過程中進行不間斷的數據信息流。