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數控加工中（zhōng）心刀具識別係統原理（lǐ）及（jí）應用

2022-7-21 來（lái）源：上汽通用五（wǔ）菱汽（qì）車股份（fèn）有限公司作者：覃華漢　潘海銘　唐軍

摘要：機械加工（gōng）由普通（tōng）的（de）機床到數控機床加工，再到（dào）現在普遍的數控加工中心進（jìn）行加（jiā）工，而（ér）數控加工中心與數控機（jī）床最大的區別（bié）在於（yú）自動換刀係統（tǒng）。加工中心的自（zì）動換刀（dāo）係統得益（yì）於刀具識別係統（tǒng） , 刀具識別係統能夠把刀具所有（yǒu）的信息傳遞到機床主（zhǔ）機。本文（wén）闡述加工中心刀具如何進行識別處理，識別係統（tǒng）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

現代自動控製領域沒有自動化的（de）識別是無法想象的。自動化識別技術有很（hěn）多方法：條形碼、機械編（biān）碼（mǎ）、微波技術、或者感應識別技術。要從以（yǐ）上的方法中作出一個正確的（de）選擇並不容易，但是實踐證（zhèng）明感應式識別（bié）技（jì）術是一個行之有效的方法，特（tè）別是應用於生產（chǎn）和裝配領域。感應（yīng）式原理能夠（gòu）保證（zhèng）在惡劣（liè）的周圍環境下有效工（gōng）作，非接觸式的工作（zuò）方式確保了係（xì）統的高可（kě）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（bié）硬件係統

識（shí）別硬件係統由編碼塊、讀寫頭、處理器組成（chéng）。編碼塊：接收能量信號（hào）作為其電源，並將其數（shù）據以脈衝調製信號傳（chuán）輸給（gěi）讀 / 寫頭。讀寫頭（tóu）：同編碼塊進行數據傳輸，發送70k Hz 的能量信號並接收從編碼塊傳回（huí）的數據信（xìn）號。能量信號上帶有載波，能夠同時將數據寫入編碼塊（kuài）的存儲器。處理器：控製編碼塊和讀 / 寫頭之間的雙向數據傳輸，並作為緩（huǎn）衝存儲器（qì）。處理器（qì）好比上位機（jī）和編碼塊之間的（de）橋梁。

圖1　讀寫係統硬件（jiàn）組成

3、識別係統工作原理

讀寫頭通過電磁感應（yīng）非接觸式讀 / 寫編碼塊信息，並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（xiàn）與機床 PC/PLC 進行通訊，將數據輸送存儲（chǔ）在PLC 中。

圖2

3.1　數（shù）據的讀取和寫入

要執行讀取或（huò）寫入作業，編碼塊必須位於讀寫頭的活動區域。讀寫作業具有以下序列：

a.PLC 將以下內容發送至（zhì）輸出緩衝區：- 指令指示符（fú）至子地址 01Hex，- 讀取或寫（xiě）入的起始地址至子地址02Hex/03Hex，- 讀（dú）取或寫入的字節數至子地址04Hex/05Hex，- 字節頭中（zhōng）的 CT 位，根據編（biān）碼塊類型（緩衝區大小），- 並將字節頭中（zhōng）的 AV 位設定（dìng）為高位。b. 處理器：- 接收請求（輸入緩衝（chōng）區字（zì）節頭中的 AA位設（shè）定為高位），- 開始傳送（sòng）數據（jù）；讀取＝從編碼塊到輸入緩衝區，寫入＝從輸出（chū）緩衝區到編碼塊。更（gèng）多的數據以數據塊的形式發送（帶第 2 字節頭的緩衝區大小＝緩衝器大小 -2），（不帶第 2 字節頭的緩衝區大小＝緩衝器（qì）大小 -1）。2 個字節頭中的轉換（huàn）字節用來作為 PLC和處理器之間（jiān）的一種（zhǒng）數據交換。c. 處理器（qì）已（yǐ）正確地處理（lǐ）指（zhǐ）令（輸入緩（huǎn）衝區字節頭裏的 AE 位）。如果在（zài）執行指令過程中發（fā）生故障（zhàng），則故障代（dài）碼將寫（xiě）入（rù）輸入緩衝區的子地址 01Hex 並且輸入緩衝區字（zì）節頭的（de）AF 位將會重設。

3.2　編碼（mǎ）塊與讀 / 寫頭之間的關係

編碼塊與讀 / 寫頭之間通過電磁感應非接觸式進行數據交（jiāo）換，編碼塊所需電（diàn）源也（yě）由與讀 / 寫頭之間的電磁耦合提供，所以讀 /寫頭與編（biān）碼（mǎ）塊之間正確可靠傳（chuán）輸數據的關鍵在於特定的空間距離內，讀 / 寫頭與編碼塊之間（jiān）應保證（zhèng）充分的數據讀寫時間。對於（yú）靜態（設置參數：第 2 字節第 5 位 =0）讀寫過程而（ér）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（gè）較大的空間距離。對於動態（設置（zhì）參數（shù）：第 2 字節第 5 位 =1）過程而言，編碼（mǎ）塊（kuài）要（yào）在很短的時間內被讀或（huò）寫，必須有一個較短的空間距離（lí）以保證有足夠大的讀 / 寫（xiě）通道。每個讀寫頭有與之配套的編碼塊（它們之間的配對（duì）取決於物理尺寸的大小和天線區域（yù）的結（jié）構），讀 / 寫頭與編碼（mǎ）塊之（zhī）間（jiān）的距離和允許的水平偏移量如圖 3。

圖3

4、現場（chǎng）的應用

4.1　刀具識別

將（jiāng）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（yào）包（bāo）括：刀號、識別號（hào）、刀具實際長度、刀具實際半徑、長度公差、最大允許的使（shǐ）用壽命、實（shí）際（jì）刀具（jù）壽命 \ 實際使用頻率、刀具狀態、刀具切割半徑、刀（dāo）具測量狀態（tài）、刀具重量、測量單位、刀具磨損長度、刀具半徑磨損量、大刀（dāo）具標識、刀（dāo）具長度補償值等。讀寫頭安裝在刀庫的（de）入口（kǒu）處，刀（dāo）具（jù）裝刀入庫前會將刀具信息（xī）讀入 CNC 係統，刀具從刀庫取出（chū）時會（huì）把數據寫入刀庫中，從（cóng）而完（wán）成刀具（jù）信息的讀與寫過程，從加工準備到加工過程，整個生產過程（chéng）中進行不間斷的數（shù）據信息流。

圖（tú）4　正在讀取刀具信息

圖5　內嵌編碼塊的刀具（jù）

4.2　經驗總結

機床在裝 / 卸載刀具過程經常發生刀具信息（xī）讀取失敗（bài）故障（zhàng），最主要有兩個原因：（1）距離（lí）調（diào）得太近導致幹涉磨損讀寫（xiě）頭。（2）距離調得太遠（yuǎn）無法讀取。根據現場故障（zhàng）總結經驗得出最終標準距離為（wéi） 1mm ≤ M ≤ 1.5mm數據傳輸最佳。

5、結語

通過本文了解刀具識別（bié）係統的硬（yìng）件組成、元件的作用及整個係（xì）統的（de）工作原理，認識了（le）編碼塊無（wú）需電源和數據備份，讀寫頭無需精確安裝定位，在快（kuài）速運（yùn）動中就可以對編碼塊進行讀寫。在調整讀寫頭與編碼塊的距離過程中有了參考（kǎo）值，不至於調整距離出現問題導致故障發生，也（yě）可以縮短該係統（tǒng）故障的處理時間。

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