芯片刀柄功能研究與應用

李遠賓 俸躍偉 苗鴻志 王小瓊

摘 要：目前的數控加工刀具管理系統還是使用傳統的基于單獨機床設備的管理方式，既對工人的操作技能要求較高，也不利于刀具的統一監控與管理。本項目基于MANDELLI及其芯片刀具識別系統，進行基于磁卡芯片的刀具識別、監控與自動管理的信息化刀具管理方法探索，驗證了芯片刀具的基本使用方法，并在實際加工中對芯片刀具的識別與監控管理進行了初步應用。

關鍵詞：芯片刀具；刀具識別；刀具管理

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A

0 引言

隨著切削速度和加工自動化程度的提高以及制造公差的縮小，現代制造技術對刀具的使用和管理提出了新的要求，使管理人員能隨時知道刀具所在的位置和地點，準確知道刀具的動態參數，如剩余的壽命和補償值的大小等數據。這些工作過去靠人工對刀具進行跟蹤、測量、記錄來加以完成。顯然這已不能滿足目前自動化加工的要求。一個最有效的解決辦法是在制造系統里使用可記錄的刀具識別系統，作為刀具的標簽一對一地始終和刀具在一起，對于刀具的跟蹤、追溯與監控都起著至關重要的作用。

1 問題分析

目前加工中心與刀具管理基本都采用傳統的分離式管理，即刀具的安裝與管理都以機床為單位，每臺機床對應一個或幾個相對固定的工人，由工人在對刀儀上完成對刀工作并記錄刀具參數信息，再將對好的刀具安裝到機床人為指定的刀庫位置，然后根據記錄信息將刀具參數手動輸入機床設備，過程。這樣的工作流程會帶來大量的人工重復性工作，并且非常容易由于人為原因出現錯誤，導致加工出錯。

2 技術方案制定與實施

2.1 技術方案的制定

針對目前我廠現有的芯片刀柄及機床設備，通過互聯網查閱資料、學習機床說明書等途徑，了解帶芯片刀柄的常用功能，通過帶芯片刀柄的現場試驗，掌握該類芯片的常用功能和使用方法：

（1） 掌握開啟芯片刀具管理的方法。

（2） 實現芯片刀具自動加載與基本參數的自動讀取。

（3） 實現芯片刀具的基本狀態監控。

（4） 掌握簡單的刀具壽命管理功能。

（5） 實現芯片刀柄及帶芯片刀具管理的基本應用。

2.2 技術方案的實施

2.2.1 帶磁卡芯片刀柄試驗

MANDELLI隨機床配備的芯片和刀柄（巴魯夫刀柄芯片），由于芯片與刀具的芯片貼槽配合較好，使用502膠水等強力膠即可完成芯片黏合。圖1為芯片在刀柄上的安裝方式。

2.2.2 芯片刀具管理功能開啟與關閉試驗

MANDELLI采用模態指令M200開啟“刀具自動加載與從芯片輸入數據”功能和模態指令M209開啟“啟用自動卸載刀具”，通過運行M200指令，開啟芯片刀柄管理功能。（M201、M208關閉芯片刀具自動管理功能）。運行M200指令后，機床將開啟芯片刀具識別與管理功能，此時即可裝入帶芯片信息的刀具。打開刀具庫門，即可將芯片刀具放入101-104中4個上刀位置中的任意刀位，手動關閉刀具庫門，兩側的光感應器將自動判斷刀位上是否放置刀具，若存在刀具，刀具庫中的機械手臂將逐一從101-104中抓取刀具，接觸刀具的同時，機械臂上的芯片讀寫頭將自動對刀具做出判斷，若刀柄上沒有芯片或芯片刀具無效，機床將自動把刀具放回刀位；若刀具上的芯片信息有效，則自動尋找刀具庫中最近的空刀位置，并將刀具放入。

2.2.3 芯片刀具載入試驗

開啟芯片刀具管理功能后，有效的芯片刀具自動裝入刀庫的同時，機械手臂上的讀寫頭將自動讀取刀具芯片信息，并在機床刀具表中自動建立一條刀具信息。

2.2.4 刀具參數讀取試驗

將機內對刀的刀具參數設置好后，自動卸載刀具時將刀具信息寫入芯片（模擬具有讀寫功能的機外對刀儀寫入刀具信息）；當機床自動裝載刀具時，刀具參數將自動寫入刀具參數表中。

2.2.5 芯片信息可靠性試驗

將芯片刀具放置21天后，開啟芯片刀具管理功能，重新將芯片刀具裝入刀庫，自動產生的刀具信息與原來相同。

2.2.6 刀具管理功能試驗

（1）當刀具狀態信息為“已使能”時，芯片刀具將可以自動加載并由程序調用。

（2）當加載多把相同名稱的刀具時，將自動進行編號并寫入芯片。

（3）當刀具狀態信息為“禁用”時，芯片刀具將不能被程序調用或自動加載，刀具被禁用。

2.2.7 刀具壽命管理功能試驗

刀具壽命管理功能可以從兩種方式進行監控，一種是刀具狀態穩定，加工某特定零件時把刀具固定加工N件零件后必須重新更換新的刀具，此時可以通過計數的方式設定零件加工件數，當達到零件加工件數時，刀具自動禁用并寫入芯片，達到自動換刀和控制刀具壽命的目的；另一種是刀具狀態穩定，加工不同的零件時，某一刀具可以穩定的使用多長的加工時間，當刀具達到使用時長時，刀具自動禁用并寫入芯片，也能自動換刀并實現刀具壽命管理。

2.2.8 磁卡芯片刀具應用

前期的芯片刀具及MANDELLI機床相關功能試驗驗證了該設備具備芯片刀具的讀寫與管理功能，并具備一定的刀具監控與壽命管理功能，為進一步驗證利用芯片進行刀具管理的效果，將芯片刀具相關功能在某零件銑花邊程序中進行性驗證。

結語

通過查閱相關資料并且在MANDELLI上對芯片刀具進行試驗驗證，可以得出以下結論：

（1）刀具參數記錄取代傳統紙扉子手書方式。基于芯片的刀具管理，芯片中的自動讀取的刀具相關信息穩定可靠，可以完全避免人為記錄刀具參數可能導致的出錯。

（2）刀具參數輸入取代傳統操作者手動輸入方式。利用芯片進行自動讀取刀具信息的管理模式，可以消除人為數據輸入，既減少人員工作量，又可以完全避免刀具參數輸入錯誤，從而防止加工錯誤的發生。

（3）刀具裝載取代操作者人為建立位置方式。利用機床的芯片刀具管理模式，實現刀具在設備刀具庫中自動建立刀具位置，可以有效地防止手動裝載刀具時導致的刀具裝載和調用錯誤。

（4）實現刀具磨損狀態監控及超磨損刀具的自動禁用。芯片刀具和機床刀具測量與監控功能配合使用，可以實現加工刀具折斷與磨損的實時監控與管理，防止折損刀具誤調用導致的加工出錯。

參考文獻

[1]張顯學.刀具識別技術在航天制造企業中的應用[J].工具技術，2011，45（3）：75-77.

[2]劉洋，王成勇，宋月賢.刀具管理系統研究與應用[J].模具制造，2007，7（7）：64-67.