CN103076764A - 基于rfid技术的西门子840d数控系统动态刀具管理方法 - Google Patents

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张为民
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Abstract

本发明所属机床技术领域，具体涉及一种基于RFID技术的西门子840D数控系统动态刀具管理方法，通过对RFID自动识别技术的研究并与数控系统进行集成，实现加工中心的刀具自动识别。本发明所选用的RFID读写器为德国BALLUFF公司生产的BIS-C-600型读写器，在数控系统中集成刀具自动识别技术，自动识别刀具信息，读取刀具关键数据，输入到加工中心的数控系统中，有效的提高了刀具信息录入的准确性和效率；通过将数控系统中的寿命监控数据实时写入RFID芯片，有效的避免报废或接近寿命极限的刀具被误用，避免了降低产品加工质量甚至造成生产安全事故的风险。为进一步实现全生产车间的刀具网络化管理打下坚实的基础。

Description

基于RFID技术的西门子840D数控系统动态刀具管理方法
技术领域
本发明所属机床技术领域，具体涉及一种基于RFID（Radio Frequency IDentification）技术的西门子840D数控系统动态刀具管理方法。
背景技术
已知，西门子840D数控系统的刀具管理功能包括预置的刀具管理基本功能和可选配的刀具管理高级功能。可选配的刀具管理高级功能包括刀具监控功能和刀库管理两大功能。刀具监控功能有3种类型可供选择:切削工件数监控、刀具寿命(切削时间)监控和刀具磨损量监控。刀库管理功能指的是对刀库刀位的优化管理。主要内容包括:刀具装载、刀具卸载、刀具定位、寻刀、寻找刀位、以及换刀时的搜索策略的选择等。
随着加工中心在机械制造行业的大规模应用，人们逐渐认识到一个智能、高效、便捷的刀具管理功能可以显著地节约生产成本，提高生产效率。然而，用以保证刀具安全有效运行的数据信息，如刀具几何尺寸、刀具寿命信息、刀具磨损信息等仍然需要事先通过操作员手动输入到数控系统中。这些手工数据输入的工作不但大大降低了生产线的自动化程度，而且一旦输入错误，不容易被察觉且损失巨大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于RFID（Radio Frequency IDentification）技术的西门子840D数控系统动态刀具管理方法。
本发明将 RFID 技术与西门子840D 数控系统的刀具管理高级功能相结合，实现在线刀具数据传输、管理和监控。避免操作人员手动处理大量数据信息时疏忽错漏而对生产造成不必要的时间和金钱上的损失。为进一步实现全生产车间的刀具网络化管理打下坚实的基础。
本发明提出的基于RFID技术的西门子840D数控系统动态刀具管理方法，所述方法由RFID技术和西门子840D 数控系统的动态刀具管理系统实现，所述动态刀具管理系统由刀具信息自动采集层、刀具自动识别层和数据管理层组成，刀具信息自动采集层和刀具自动识别层之间的通讯通过RS232接口连接，刀具信息自动采集层和刀具自动识别层分别通过现场总线连接上位机，将刀具数据传输到上位机的数据库中；
所述刀具信息自动采集层，在刀柄或联接副上安装RFID芯片，相应的在西门子840D 数控系统的装刀位置、自动换刀位布置RFID读写头，实现装载刀具时刀具信息的自动采集，并将相关信息传输至后台刀具自动识别层，为后续的操作提供实时数据源；
所述刀具自动识别层，根据刀具信息自动采集层提供的实时信息，将刀具加载于正确的刀具位，并将刀具信息传输入数控机床系统变量，在西门子840D数控系统的刀具管理系统中进行相应的操作，在加工过程中刀具换刀时将刀具剩余寿命时间写入刀具上的RFID芯片中，实时更新刀具的寿命信息；
所述数据管理层，用于管理刀具全生命周期过程的动静态信息；
具体步骤如下：
（1）、西门子840D数控系统的刀具管理高级功能的激活
西门子840D数控系统的刀具管理高级功能是选项功能，由于刀具管理高级功能需要占用到一部分内存，因此需要在上位机系统里面预留相应的内存，相关参数如下：
MD18080 系统刀库管理参数，对整个系统而言；
MD20310 通道刀库管理参数，仅对相应通道而言，一般设置成和MD18080 一样；
MD18082 系统管理的刀具数，一般要大于实际的刀座数；
MD18084 系统管理刀库数量，要包含虚拟刀库，所以至少为3；
MD18086 系统管理刀座数量，要包含虚拟刀座，至少为实际刀座数+ 5；
MD18100 系统管理的刀沿数，一般要大于系统管理的刀具数。
以上参数的修改都会涉及到内存的重新分配，所以修改后要立即( 不要下电和NCK 复位) 做1个NC数据的备份，再回装回来，这样NCK 的刀具管理高级功能就激活了。
（2）、安装RFID系统
将RFID读写器安装到西门子840D数控系统的动态刀具管理系统上，实现其与840D数控系统的数据通信；RFID的读写天线安装于刀具交换位上，方便对安装于刀具上的RFID芯片中的信息实时读写。
（3）、实施过程如下：
在刀具的刀柄或联接副上安装RFID芯片，通过对刀仪完成刀具的对刀，通过手持RFID读写器将对刀仪得出的相关数据输入刀具芯片中；
在西门子840D数控系统的装刀位置布置RFID读写头，在装载刀具时，通过RFID读写头读取出刀具芯片中装载的信息，将其写入数控机床的机床系统变量中；
在自动换刀位位置布置RFID读写头，在机床加工过程中换刀时，从机床系统变量中读取出刀具剩余寿命时间，写入换下刀具的芯片中。上述方法实施过程及信息流如图1所示。芯片中的数据是刀具管理的基础，为了保证芯片数据的实时性、准确性，需要在每次换刀后更新刀具的剩余寿命信息。
本发明中，步骤(3)中每次换刀后更新刀具的剩余寿命信息的方法，具体步骤为：如图2所示，在换刀PLC程序中加入一个模块，其功能是使PLC每次换刀完成后，将指定的数据块置“1”，使用DDE链接实时将这个数据块的数据显示到VB程序Text控件中，当Text控件置“1”时，自动驱动程序读取芯片数据，并搜索刀库表里的相应刀具信息，并将最新寿命写入芯片中，最后将控制Text控件置“0”，完成一个控制循环，从而实现刀具寿命数据的实时更新。 
本发明的有益效果在于：
（1）刀具数据的自动识别和数据采集，提高了机床刀具信息录入的效率和准确性，有效的将刀具管理中的配刀装刀、加工使用、刃磨报废等各个环节串联起来，提高了刀具管理的信息化程度；
（2）在加工换刀前预读刀具信息，通过对比数控程序中的刀具指令实现刀具误用检测，有效防止因刀具使用错误引起的产品报废等质量问题，有利于提高生产线的稳定性和安全性；
（3）为基于RFID的车间刀具自动识别系统打下基础，从而实现状态监控、寿命预测与库存管理。进一步则可以将刀具管理乃至其他制造资源融入MES、ERP系统，实现制造企业的自动化、信息化管理。
附图说明
图1为基于RFID技术的刀具管理系统的流程图；
图2为刀具寿命更新模块；
图3为 RFID读写天线安装位置示意图；
图4为工作方法流程图；
图5为软件界面。
图中标号：1为链式刀库，2为刀具，3为自动换刀位，4为换刀机构手，5为RFID读写天线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明：
实施例1：本实施例使用的数控加工中心为沈阳机床集团目前正在研发中的某款车铣复合数控加工中心，该加工中心将使用西门子840D数控系统。该加工中心的刀库为链式刀库，有一个自动换刀位，RFID读写天线可以安装于自动换刀位处，以便于在刀具交换时进行刀具寿命数据的更新，如图3所示。
RFID读写器放置于加工中心后部空间较宽裕的位置，并通过RS232接口连接数控系统。该加工中心使用山特维克公司的Coromant Caputo模块式组合刀具。RFID芯片可安装于联接副侧面换刀夹持槽的空隙中，山特维克公司可以根据客户的需求定制预留了芯片安装位置的联接副。
该刀具识别与管理系统的具体工作流程按图4所示叙述如下：
使用刀具前，需先在对刀仪上进行对刀，将对刀仪输出的刀补参数值和设定好的刀具寿命信息通过手持读写器写入刀具上的RFID芯片中。刀具装载入数控机床时，点击软件中的“ReadFromChip”键，通过自动装刀位或者手动装刀位处的RFID读写头，读出刀具上RFID芯片内的刀具信息，然后RFID读写器通过RS232接口将RFID芯片中的信息传输到西门子840D数控系统中并显示在软件屏幕的对应项目栏中，如图5所示，刀具信息包括刀具号，刀具半径，刀具长度，额定寿命，极限寿命和剩余寿命，如若信息有错误，可以直接在软件界面中进行修改，修改完成确认无误后，点击“WriteToNCK”键，即可将这些信息写入相对应的系统变量中。
当每把刀具的信息都输入完毕后，即可进行加工工作。加工时的选刀、换刀、刀具监控等工作均由840D数控系统自带的刀具管理高级功能来实现。如果加工过程只使用一把刀具，则加工完毕之后直接卸载刀具。如果加工过程需要使用一把以上刀具，则系统会在需要更换刀具的时候自动换刀，同时更新旧刀具里RFID芯片中的寿命信息，并将新刀具的寿命信息写入系统变量。在加工过程中，软件持续扫描PLC数据块DB72中DBX0.0、DBX4.2 和DBX4.1 三个位的值变化情况，当换刀完成后，PLC将指定的数据块置“1”，使用DDE链接实时将这个数据块的数据显示到VB程序Text控件中，当Text控件置“1”时，自动驱动程序读取芯片数据，并搜索刀库表里的相应刀具信息，并将最新寿命写入芯片中，最后将控制Text控件置“0”，完成一个控制循环，在进入下一轮换刀循环，从而实现刀具寿命数据的实时更新。

Claims (2)

1.一种基于RFID技术的西门子840D数控系统动态刀具管理方法，其特征在于所述方法由RFID技术和西门子840D 数控系统的动态刀具管理系统实现，所述动态刀具管理系统由刀具信息自动采集层、刀具自动识别层和数据管理层组成，刀具信息自动采集层和刀具自动识别层之间的通讯通过RS232接口连接，刀具信息自动采集层和刀具自动识别层分别通过现场总线连接上位机，将刀具数据传输到上位机的数据库中；
所述刀具信息自动采集层，在刀柄或联接副上安装RFID芯片，相应的在西门子840D 数控系统的装刀位置、自动换刀位布置RFID读写头，实现装载刀具时刀具信息的自动采集，并将相关信息传输至后台刀具自动识别层，为后续的操作提供实时数据源；
所述刀具自动识别层，根据刀具信息自动采集层提供的实时信息，将刀具加载于正确的刀具位，并将刀具信息传输入数控机床系统变量，在西门子840D数控系统的刀具管理系统中进行相应的操作，在加工过程中刀具换刀时将刀具剩余寿命时间写入刀具上的RFID芯片中，实时更新刀具的寿命信息；
所述数据管理层，用于管理刀具全生命周期过程的动静态信息；
具体步骤如下：
（1）、西门子840D数控系统的刀具管理高级功能的激活
西门子840D数控系统的刀具管理高级功能是选项功能，由于刀具管理高级功能需要占用到一部分内存，因此需要在上位机系统里面预留相应的内存，相关参数如下：
MD18080 系统刀库管理参数，对整个系统而言；
MD20310 通道刀库管理参数，仅对相应通道而言，一般设置成和MD18080 一样；
MD18082 系统管理的刀具数，刀具数大于实际的刀座数；
MD18084 系统管理刀库数量，要包含虚拟刀库，所以至少为3；
MD18086 系统管理刀座数量，要包含虚拟刀座，至少为实际刀座数+ 5；
MD18100 系统管理的刀沿数，要大于系统管理的刀具数；
以上参数的修改都会涉及到内存的重新分配，修改后要立即做1个NC数据的备份，再回装回来， NCK 的刀具管理高级功能就激活了；
（2）、安装RFID系统
将RFID读写器安装到西门子840D数控系统的动态刀具管理系统上，实现其与840D数控系统的数据通信；RFID的读写天线安装于刀具交换位上，方便对安装于刀具上的RFID芯片中的信息实时读写；
（3）、实施过程如下：
在刀具的刀柄或联接副上安装RFID芯片，通过对刀仪完成刀具的对刀，通过手持RFID读写器将对刀仪得出的相关数据输入刀具芯片中；
在西门子840D数控系统的装刀位置布置RFID读写头，在装载刀具时，通过RFID读写头读取出刀具芯片中装载的信息，将其写入数控机床的机床系统变量中；
在自动换刀位位置布置RFID读写头，在机床加工过程中换刀时，从机床系统变量中读取出刀具剩余寿命时间，写入换下刀具的芯片中；为了保证芯片数据的实时性、准确性，需要在每次换刀后更新刀具的剩余寿命信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中每次换刀后更新刀具的剩余寿命信息的方法，具体步骤为：在换刀PLC程序中加入一个模块，其功能是使PLC每次换刀完成后，将指定的数据块置“1”，使用DDE链接实时将这个数据块的数据显示到VB程序Text控件中，当Text控件置“1”时，自动驱动程序读取芯片数据，并搜索刀库表里的相应刀具信息，并将最新寿命写入芯片中，最后将控制Text控件置“0”，完成一个控制循环，实现刀具寿命数据的实时更新。
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