芯片刀柄功能研究与应用

李远宾 俸跃伟 苗鸿志 王小琼

摘 要：目前的数控加工刀具管理系统还是使用传统的基于单独机床设备的管理方式，既对工人的操作技能要求较高，也不利于刀具的统一监控与管理。本项目基于MANDELLI及其芯片刀具识别系统，进行基于磁卡芯片的刀具识别、监控与自动管理的信息化刀具管理方法探索，验证了芯片刀具的基本使用方法，并在实际加工中对芯片刀具的识别与监控管理进行了初步应用。

关键词：芯片刀具；刀具识别；刀具管理

中图分类号：TP273 文献标志码：A

0 引言

随着切削速度和加工自动化程度的提高以及制造公差的缩小，现代制造技术对刀具的使用和管理提出了新的要求，使管理人员能随时知道刀具所在的位置和地点，准确知道刀具的动态参数，如剩余的寿命和补偿值的大小等数据。这些工作过去靠人工对刀具进行跟踪、测量、记录来加以完成。显然这已不能满足目前自动化加工的要求。一个最有效的解决办法是在制造系统里使用可记录的刀具识别系统，作为刀具的标签一对一地始终和刀具在一起，对于刀具的跟踪、追溯与监控都起着至关重要的作用。

1 问题分析

目前加工中心与刀具管理基本都采用传统的分离式管理，即刀具的安装与管理都以机床为单位，每台机床对应一个或几个相对固定的工人，由工人在对刀仪上完成对刀工作并记录刀具参数信息，再将对好的刀具安装到机床人为指定的刀库位置，然后根据记录信息将刀具参数手动输入机床设备，过程。这样的工作流程会带来大量的人工重复性工作，并且非常容易由于人为原因出现错误，导致加工出错。

2 技术方案制定与实施

2.1 技术方案的制定

针对目前我厂现有的芯片刀柄及机床设备，通过互联网查阅资料、学习机床说明书等途径，了解带芯片刀柄的常用功能，通过带芯片刀柄的现场试验，掌握该类芯片的常用功能和使用方法：

（1） 掌握开启芯片刀具管理的方法。

（2） 实现芯片刀具自动加载与基本参数的自动读取。

（3） 实现芯片刀具的基本状态监控。

（4） 掌握简单的刀具寿命管理功能。

（5） 实现芯片刀柄及带芯片刀具管理的基本应用。

2.2 技术方案的实施

2.2.1 带磁卡芯片刀柄试验

MANDELLI随机床配备的芯片和刀柄（巴鲁夫刀柄芯片），由于芯片与刀具的芯片贴槽配合较好，使用502胶水等强力胶即可完成芯片黏合。图1为芯片在刀柄上的安装方式。

2.2.2 芯片刀具管理功能開启与关闭试验

MANDELLI采用模态指令M200开启“刀具自动加载与从芯片输入数据”功能和模态指令M209开启“启用自动卸载刀具”，通过运行M200指令，开启芯片刀柄管理功能。（M201、M208关闭芯片刀具自动管理功能）。运行M200指令后，机床将开启芯片刀具识别与管理功能，此时即可装入带芯片信息的刀具。打开刀具库门，即可将芯片刀具放入101-104中4个上刀位置中的任意刀位，手动关闭刀具库门，两侧的光感应器将自动判断刀位上是否放置刀具，若存在刀具，刀具库中的机械手臂将逐一从101-104中抓取刀具，接触刀具的同时，机械臂上的芯片读写头将自动对刀具做出判断，若刀柄上没有芯片或芯片刀具无效，机床将自动把刀具放回刀位；若刀具上的芯片信息有效，则自动寻找刀具库中最近的空刀位置，并将刀具放入。

2.2.3 芯片刀具载入试验

开启芯片刀具管理功能后，有效的芯片刀具自动装入刀库的同时，机械手臂上的读写头将自动读取刀具芯片信息，并在机床刀具表中自动建立一条刀具信息。

2.2.4 刀具参数读取试验

将机内对刀的刀具参数设置好后，自动卸载刀具时将刀具信息写入芯片（模拟具有读写功能的机外对刀仪写入刀具信息）；当机床自动装载刀具时，刀具参数将自动写入刀具参数表中。

2.2.5 芯片信息可靠性试验

将芯片刀具放置21天后，开启芯片刀具管理功能，重新将芯片刀具装入刀库，自动产生的刀具信息与原来相同。

2.2.6 刀具管理功能试验

（1）当刀具状态信息为“已使能”时，芯片刀具将可以自动加载并由程序调用。

（2）当加载多把相同名称的刀具时，将自动进行编号并写入芯片。

（3）当刀具状态信息为“禁用”时，芯片刀具将不能被程序调用或自动加载，刀具被禁用。

2.2.7 刀具寿命管理功能试验

刀具寿命管理功能可以从两种方式进行监控，一种是刀具状态稳定，加工某特定零件时把刀具固定加工N件零件后必须重新更换新的刀具，此时可以通过计数的方式设定零件加工件数，当达到零件加工件数时，刀具自动禁用并写入芯片，达到自动换刀和控制刀具寿命的目的；另一种是刀具状态稳定，加工不同的零件时，某一刀具可以稳定的使用多长的加工时间，当刀具达到使用时长时，刀具自动禁用并写入芯片，也能自动换刀并实现刀具寿命管理。

2.2.8 磁卡芯片刀具应用

前期的芯片刀具及MANDELLI机床相关功能试验验证了该设备具备芯片刀具的读写与管理功能，并具备一定的刀具监控与寿命管理功能，为进一步验证利用芯片进行刀具管理的效果，将芯片刀具相关功能在某零件铣花边程序中进行性验证。

结语

通过查阅相关资料并且在MANDELLI上对芯片刀具进行试验验证，可以得出以下结论：

（1）刀具参数记录取代传统纸扉子手书方式。基于芯片的刀具管理，芯片中的自动读取的刀具相关信息稳定可靠，可以完全避免人为记录刀具参数可能导致的出错。

（2）刀具参数输入取代传统操作者手动输入方式。利用芯片进行自动读取刀具信息的管理模式，可以消除人为数据输入，既减少人员工作量，又可以完全避免刀具参数输入错误，从而防止加工错误的发生。

（3）刀具装载取代操作者人为建立位置方式。利用机床的芯片刀具管理模式，实现刀具在设备刀具库中自动建立刀具位置，可以有效地防止手动装载刀具时导致的刀具装载和调用错误。

（4）实现刀具磨损状态监控及超磨损刀具的自动禁用。芯片刀具和机床刀具测量与监控功能配合使用，可以实现加工刀具折断与磨损的实时监控与管理，防止折损刀具误调用导致的加工出错。

参考文献

[1]张显学.刀具识别技术在航天制造企业中的应用[J].工具技术，2011，45（3）：75-77.

[2]刘洋，王成勇，宋月贤.刀具管理系统研究与应用[J].模具制造，2007，7（7）：64-67.