數控加工中（zhōng）心刀具識別（bié）係統原理及應用

1、引言

現代自動（dòng）控製領域沒有自動化的識別是無法想象的。自動化（huà）識別技術有很多方法：條形碼、機械編碼、微波技術（shù）、或（huò）者感（gǎn）應識別技術。要從以上的方（fāng）法中（zhōng）作出一個正確的選擇並不容（róng）易（yì），但是實踐證明感應式識別技術是一個行之有（yǒu）效的方法（fǎ），特別是應用（yòng）於生產和裝配領域。感應式原理能（néng）夠保證在惡劣的周圍（wéi）環境下有效工作，非接觸（chù）式的工作方式確保了係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、識別硬件係統

識別硬件（jiàn）係統由（yóu）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，並將其數（shù）據以脈衝調製信號傳輸給讀 / 寫頭。讀寫頭：同編碼塊進行數據傳輸，發送70k Hz 的能量信（xìn）號並接收從編碼（mǎ）塊傳回的數據信號。能量信號上帶有載波，能（néng）夠同時將數（shù）據寫入編碼塊的（de）存（cún）儲器。處理器：控製編碼塊和讀 / 寫頭之間的雙向數據傳輸，並作為緩衝存儲器（qì）。處理器好比（bǐ）上位機和編碼塊之間的橋梁。

3、識（shí）別係統工作原理

讀寫頭通過電磁感應非接觸式讀 / 寫編碼塊信息，並將讀取刀具（jù）信息傳輸到處理器進（jìn）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。

  3.1　數據的讀取和寫（xiě）入

要執行讀取或寫入（rù）作業，編碼塊必須位於讀寫頭的活（huó）動（dòng）區（qū）域（yù）。讀寫作業具有以（yǐ）下序列：

 a.PLC 將以下內容發送至輸（shū）出緩衝區：- 指（zhǐ）令指示符至子地址 01Hex，- 讀 取 或 寫 入（rù） 的 起 始 地 址 至 子 地 址02Hex/03Hex，- 讀 取 或 寫 入 的 字 節 數 至 子（zǐ） 地 址04Hex/05Hex，- 字節頭中的 CT 位，根據編碼塊（kuài）類型（緩衝區大（dà）小），- 並將字節頭中的 AV 位設定為高位。b. 處理器：- 接收請求（輸入緩衝區字節頭中的 AA位設定為高位），- 開始傳送數據；讀（dú）取＝從編碼塊到（dào）輸入緩（huǎn）衝區，寫入＝從輸（shū）出緩衝區到編碼塊。更多的數據以數據塊的形式發送 （帶第 2 字節頭的緩衝區大小（xiǎo）＝緩衝器（qì）大小 -2），（不帶第 2 字節頭的緩衝區大小＝緩衝器大小 -1）。2 個字節頭中的轉換字節用來作為 PLC和處理器之間（jiān）的一（yī）種數據交換。c. 處理器已正確地處（chù）理指令（輸入緩衝區字節（jiē）頭（tóu）裏的 AE 位）。如果（guǒ）在（zài）執行指令（lìng）過程中發生故障，則故障代碼將寫入輸入緩（huǎn）衝區的子地址 01Hex 並且輸入緩衝區字節頭的AF 位（wèi）將（jiāng）會（huì）重設。

 3.2　編碼（mǎ）塊與讀 / 寫頭之間的關係（xì）

編碼塊與（yǔ）讀 / 寫頭之間通過電磁（cí）感應非接觸式（shì）進行數據交換，編碼塊所需電源（yuán）也由與讀 / 寫頭之間的（de）電磁耦合提供（gòng），所以讀 /寫（xiě）頭與編（biān）碼塊（kuài）之間（jiān）正確可靠傳輸數據的關（guān）鍵（jiàn）在於特定的空間距離內，讀 / 寫頭與編碼塊之間應保證充分的數據讀寫時間。對於（yú）靜態（設置參數：第 2 字節第 5 位 =0）讀寫（xiě）過程（chéng）而（ér）言，編碼（mǎ）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（de）空間距離。對於動態（設置參數（shù）：第 2 字節第 5 位（wèi） =1）過程而言，編碼塊要在很（hěn）短的時間內被讀或寫，必須有（yǒu）一個較（jiào）短的（de）空間距離以保證有足夠大的讀 / 寫通道（dào）。每個讀寫頭有與之（zhī）配套的編碼塊（它們之（zhī）間的配對取決於物理尺寸（cùn）的大小和天線區（qū）域的結構），讀 / 寫頭與編碼塊之（zhī）間（jiān）的距（jù）離和（hé）允許的水平（píng）偏移量。

4、現場的應用（yòng）

4.1　刀（dāo）具識（shí）別

 將編碼（mǎ）塊通過膠水鑲嵌粘到（dào）刀柄上，編碼塊寫好刀（dāo）具信息，主要包括：刀號（hào）、識（shí）別號、刀具實際長（zhǎng）度、刀具實際半（bàn）徑（jìng）、長度公差、最大允許（xǔ）的使用壽命、實際刀具壽命 \ 實際使用頻率、刀具（jù）狀態、刀具（jù）切割半（bàn）徑、刀具測量狀態、刀具重量、測（cè）量單位、刀具（jù）磨損長度、刀具半徑（jìng）磨損量、大刀具標識、刀具長度補償值等。讀（dú）寫頭安（ān）裝在（zài）刀庫的入口處（chù），刀（dāo）具裝刀入庫前會將刀具信息讀（dú）入 CNC 係統，刀具從刀庫取出時會把數據（jù）寫入刀庫（kù）中，從而完成刀具信息的讀與寫過程（chéng），從加工準備到加工過程，整個生產過程中進（jìn）行（háng）不間斷的數據信息（xī）流。

4.2　經驗總結

機（jī）床（chuáng）在裝 / 卸載刀具（jù）過程經常發（fā）生刀具（jù）信息（xī）讀取失敗故障（zhàng），最主（zhǔ）要有兩個原因：（1）距離調得太近導致幹（gàn）涉磨損讀（dú）寫頭。（2）距離調得太遠（yuǎn）無法讀取（qǔ）。根據現（xiàn）場故障總（zǒng）結經驗得出最終標準距離為 1mm ≤ M ≤ 1.5mm數據傳輸最（zuì）佳。

5、結語

通（tōng）過本文了解刀具識別係統的（de）硬件組成、元件的作用及整個係統的工作（zuò）原理，認識了編碼塊無需電（diàn）源和數據（jù）備份，讀寫頭無需精（jīng）確安裝定（dìng）位，在（zài）快速運動中就可以對編碼塊進（jìn）行（háng）讀寫。在調整讀寫（xiě）頭（tóu）與編碼塊（kuài）的距（jù）離過程中有（yǒu）了參考值，不至於調整距離出（chū）現問題導致故障發生，也可以縮短該係統故（gù）障的處理時間。