專利名稱：基于rfid技術的西門子840d數(shù)控系統(tǒng)動態(tài)刀具管理方法
技術領域：
本發(fā)明所屬機床技術領域，具體涉及一種基于RFID {Radio Frequency 技術的西門子840D數(shù)控系統(tǒng)動態(tài)刀具管理方法。
背景技術：
已知，西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的刀具管理功能包括預置的刀具管理基本功能和可選配的刀具管理高級功能?？蛇x配的刀具管理高級功能包括刀具監(jiān)控功能和刀庫管理兩大功能。刀具監(jiān)控功能有3種類型可供選擇:切削工件數(shù)監(jiān)控、刀具壽命(切削時間)監(jiān)控和刀具磨損量監(jiān)控。刀庫管理功能指的是對刀庫刀位的優(yōu)化管理。主要內(nèi)容包括:刀具裝載、刀具卸載、刀具定位、尋刀、尋找刀位、以及換刀時的搜索策略的選擇等。隨著加工中心在機械制造行業(yè)的大規(guī)模應用，人們逐漸認識到一個智能、高效、便捷的刀具管理功能可以顯著地節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。然而，用以保證刀具安全有效運行的數(shù)據(jù)信息，如刀具幾何尺寸、刀具壽命信息、刀具磨損信息等仍然需要事先通過操作員手動輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。這些手工數(shù)據(jù)輸入的工作不但大大降低了生產(chǎn)線的自動化程度，而且一旦輸入錯誤，不容易被察覺且損失巨大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于RFID (.Radio Frequency IDentificationm的西門子840D數(shù)控系統(tǒng)動態(tài)刀具管理方法。本發(fā)明將RFID技術與西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的刀具管理高級功能相結合，實現(xiàn)在線刀具數(shù)據(jù)傳輸、管理和監(jiān)控。避免操作人員手動處理大量數(shù)據(jù)信息時疏忽錯漏而對生產(chǎn)造成不必要的時間和金錢上的損失。為進一步實現(xiàn)全生產(chǎn)車間的刀具網(wǎng)絡化管理打下堅實的基礎。本發(fā)明提出的基于RFID技術的西門子840D數(shù)控系統(tǒng)動態(tài)刀具管理方法，所述方法由RFID技術和西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的動態(tài)刀具管理系統(tǒng)實現(xiàn)，所述動態(tài)刀具管理系統(tǒng)由刀具信息自動采集層、刀具自動識別層和數(shù)據(jù)管理層組成，刀具信息自動采集層和刀具自動識別層之間的通訊通過RS232接口連接，刀具信息自動采集層和刀具自動識別層分別通過現(xiàn)場總線連接上位機，將刀具數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C的數(shù)據(jù)庫中；
所述刀具信息自動采集層，在刀柄或聯(lián)接副上安裝RFID芯片，相應的在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的裝刀位置、自動換刀位布置RFID讀寫頭，實現(xiàn)裝載刀具時刀具信息的自動采集，并將相關信息傳輸至后臺刀具自動識別層，為后續(xù)的操作提供實時數(shù)據(jù)源；
所述刀具自動識別層，根據(jù)刀具信 息自動采集層提供的實時信息，將刀具加載于正確的刀具位，并將刀具信息傳輸入數(shù)控機床系統(tǒng)變量，在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的刀具管理系統(tǒng)中進行相應的操作，在加工過程中刀具換刀時將刀具剩余壽命時間寫入刀具上的RFID芯片中，實時更新刀具的壽命信息；
所述數(shù)據(jù)管理層，用于管理刀具全生命周期過程的動靜態(tài)信息； 具體步驟如下
(I )、西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的刀具管理高級功能的激活
西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的刀具管理高級功能是選項功能，由于刀具管理高級功能需要占用到一部分內(nèi)存，因此需要在上位機系統(tǒng)里面預留相應的內(nèi)存，相關參數(shù)如下
MD18080系統(tǒng)刀庫管理參數(shù)，對整個系統(tǒng)而言；
MD20310通道刀庫管理參數(shù)，僅對相應通道而言，一般設置成和MD18080 —樣； MD18082系統(tǒng)管理的刀具數(shù)，一般要大于實際的刀座數(shù)；
MD18084系統(tǒng)管理刀庫數(shù)量，要包含虛擬刀庫，所以至少為3 ；
MD18086系統(tǒng)管理刀座數(shù)量，要包含虛擬刀座，至少為實際刀座數(shù)+ 5 ；
MD18100系統(tǒng)管理的刀沿數(shù)，一般要大于系統(tǒng)管理的刀具數(shù)。以上參數(shù)的修改都會涉及到內(nèi)存的重新分配，所以修改后要立即(不要下電和NCK復位)做I個NC數(shù)據(jù)的備份，再回裝回來，這樣NCK的刀具管理高級功能就激活了。(2)、安裝 RFID 系統(tǒng)
將RFID讀寫器安裝到西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的動態(tài)刀具管理系統(tǒng)上，實現(xiàn)其與840D數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信；RFID的讀寫天線安裝于刀具交換位上，方便對安裝于刀具上的RFID芯片中的信息實時讀寫。(3)、實施過程如下
在刀具的刀柄或聯(lián)接副上安裝RFID芯片，通過對刀儀完成刀具的對刀，通過手持RFID讀寫器將對刀儀得出的相關數(shù)據(jù)輸入刀具芯片中；
在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的裝刀位置布置RFID讀寫頭，在裝載刀具時，通過RFID讀寫頭讀取出刀具芯片中裝載的信息，將其寫入數(shù)控機床的機床系統(tǒng)變量中；
在自動換刀位位置布置RFID讀寫頭，在機床加工過程中換刀時，從機床系統(tǒng)變量中讀取出刀具剩余壽命時間，寫入換下刀具的芯片中。上述方法實施過程及信息流如圖1所示。芯片中的數(shù)據(jù)是刀具管理的基礎，為了保證芯片數(shù)據(jù)的實時性、準確性，需要在每次換刀后更新刀具的剩余壽命信息。本發(fā)明中，步驟(3)中每次換刀后更新刀具的剩余壽命信息的方法，具體步驟為如圖2所示，在換刀PLC程序中加入一個模塊，其功能是使PLC每次換刀完成后，將指定的數(shù)據(jù)塊置“1”，使用DDE鏈接實時將這個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)顯示到VB程序Text控件中，當Text控件置“I”時，自動驅動程序讀取芯片數(shù)據(jù)，并搜索刀庫表里的相應刀具信息，并將最新壽命寫入芯片中，最后將控制Text控件置“0”，完成一個控制循環(huán)，從而實現(xiàn)刀具壽命數(shù)據(jù)的實時更新。本發(fā)明的有益效果在于
(1)刀具數(shù)據(jù)的自動識別和數(shù)據(jù)采集，提高了機床刀具信息錄入的效率和準確性，有效的將刀具管理中的配刀裝刀、加工使用、刃磨報廢等各個環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，提高了刀具管理的信息化程度；
(2)在加工換刀前預讀刀具信息，通過對比數(shù)控程序中的刀具指令實現(xiàn)刀具誤用檢測，有效防止因刀具使用錯誤引起的產(chǎn)品報廢等質量問題，有利于提高生產(chǎn)線的穩(wěn)定性和安全性；
(3)為基于RFID的車間刀具自動識別系統(tǒng)打下基礎，從而實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控、壽命預測與庫存管理。進一步則可以將刀具管理乃至其他制造資源融入MES、ERP系統(tǒng)，實現(xiàn)制造企業(yè)的自動化、信息化管理。


圖1為基于RFID技術的刀具管理系統(tǒng)的流程 圖2為刀具壽命更新模塊；
圖3為RFID讀寫天線安裝位置示意 圖4為工作方法流程 圖5為軟件界面。圖中標號1為鏈式刀庫，2為刀具，3為自動換刀位，4為換刀機構手，5為RFID讀
寫天線。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步地說明
實施例1:本實施例使用的數(shù)控加工中心為沈陽機床集團目前正在研發(fā)中的某款車銑復合數(shù)控加工中心，該加工中心將使用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)。該加工中心的刀庫為鏈式刀庫，有一個自動換刀位，RFID讀寫天線可以安裝于自動換刀位處，以便于在刀具交換時進行刀具壽命數(shù)據(jù)的更新，如圖3所示。RFID讀寫器放置于加工中心后部空間較寬裕的位置，并通過RS232接口連接數(shù)控系統(tǒng)。該加工中心使用山特維克公司的Coromant Caputo模塊式組合刀具。RFID芯片可安裝于聯(lián)接副側面換刀夾持槽的空隙中，山特維克公司可以根據(jù)客戶的需求定制預留了芯片安裝位置的聯(lián)接副。該刀具識別與管理系統(tǒng)的具體工作流程按圖4所示敘述如下
使用刀具前，需先在對刀儀上進行對刀，將對刀儀輸出的刀補參數(shù)值和設定好的刀具壽命信息通過手持讀寫器寫入刀具上的RFID芯片中。刀具裝載入數(shù)控機床時，點擊軟件中的“ReadFromChip”鍵，通過自動裝刀位或者手動裝刀位處的RFID讀寫頭，讀出刀具上RFID芯片內(nèi)的刀具信息，然后RFID讀寫器通過RS232接口將RFID芯片中的信息傳輸?shù)轿鏖T子840D數(shù)控系統(tǒng)中并顯示在軟件屏幕的對應項目欄中，如圖5所示，刀具信息包括刀具號，刀具半徑，刀具長度，額定壽命，極限壽命和剩余壽命，如若信息有錯誤，可以直接在軟件界面中進行修改，修改完成確認無誤后，點擊“WriteToNCK”鍵，即可將這些信息寫入相對應的系統(tǒng)變量中。當每把刀具的信息都輸入完畢后，即可進行加工工作。加工時的選刀、換刀、刀具監(jiān)控等工作均由840D數(shù)控系統(tǒng)自帶的刀具管理高級功能來實現(xiàn)。如果加工過程只使用一把刀具，則加工完畢之后直接卸載刀具。如果加工過程需要使用一把以上刀具，則系統(tǒng)會在需要更換刀具的時候自動換刀，同時更新舊刀具里RFID芯片中的壽命信息，并將新刀具的壽命信息寫入系統(tǒng)變量。在加工過程中，軟件持續(xù)掃描PLC數(shù)據(jù)塊DB72中DBXO. 0、DBX4. 2和DBX4.1三個位的值變化情況，當換刀完成后，PLC將指定的數(shù)據(jù)塊置“ I ”，使用DDE鏈接實時將這個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)顯示到VB程序Text控件中，當Text控件置“I”時，自動驅動程序讀取芯片數(shù)據(jù)，并搜索刀庫表里的相應刀具信息，并將最新壽命寫入芯片中，最后將控制Text控件置“0”，完成一個控制循環(huán)，在進入下一輪換刀循環(huán)，從而實現(xiàn)刀具壽命數(shù)據(jù)的實時更新。
權利要求
1.一種基于RFID技術的西門子840D數(shù)控系統(tǒng)動態(tài)刀具管理方法，其特征在于所述方法由RFID技術和西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的動態(tài)刀具管理系統(tǒng)實現(xiàn)，所述動態(tài)刀具管理系統(tǒng)由刀具信息自動采集層、刀具自動識別層和數(shù)據(jù)管理層組成，刀具信息自動采集層和刀具自動識別層之間的通訊通過RS232接口連接，刀具信息自動采集層和刀具自動識別層分別通過現(xiàn)場總線連接上位機，將刀具數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C的數(shù)據(jù)庫中； 所述刀具信息自動采集層，在刀柄或聯(lián)接副上安裝RFID芯片，相應的在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的裝刀位置、自動換刀位布置RFID讀寫頭，實現(xiàn)裝載刀具時刀具信息的自動采集，并將相關信息傳輸至后臺刀具自動識別層，為后續(xù)的操作提供實時數(shù)據(jù)源； 所述刀具自動識別層，根據(jù)刀具信息自動采集層提供的實時信息，將刀具加載于正確的刀具位，并將刀具信息傳輸入數(shù)控機床系統(tǒng)變量，在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的刀具管理系統(tǒng)中進行相應的操作，在加工過程中刀具換刀時將刀具剩余壽命時間寫入刀具上的RFID芯片中，實時更新刀具的壽命信息； 所述數(shù)據(jù)管理層，用于管理刀具全生命周期過程的動靜態(tài)信息； 具體步驟如下: (I )、西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的刀具管理高級功能的激活 西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的刀具管理高級功能是選項功能，由于刀具管理高級功能需要占用到一部分內(nèi)存，因此需要在上位機系統(tǒng)里面預留相應的內(nèi)存，相關參數(shù)如下: MD18080系統(tǒng)刀庫管理參數(shù)，對整個系統(tǒng)而言； MD20310通道刀庫管理參數(shù)，僅對相應通道而言，一般設置成和MD18080 —樣； MD18082系統(tǒng)管理的刀具數(shù)，刀具數(shù)大于實際的刀座數(shù)； MD18084系統(tǒng)管理刀庫數(shù)量，要包含虛擬刀庫，所以至少為3 ； MD18086系統(tǒng)管理刀座數(shù)量，要包含虛擬刀座，至少為實際刀座數(shù)+ 5 ； MD18100系統(tǒng)管理的刀沿數(shù)，要大于系統(tǒng)管理的刀具數(shù)； 以上參數(shù)的修改都會涉及到內(nèi)存的重新分配，修改后要立即做I個NC數(shù)據(jù)的備份，再回裝回來，NCK的刀具管理高級功能就激活了 ； (2)、安裝RFID系統(tǒng) 將RFID讀寫器安裝到西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的動態(tài)刀具管理系統(tǒng)上，實現(xiàn)其與840D數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信；RFID的讀寫天線安裝于刀具交換位上，方便對安裝于刀具上的RFID芯片中的信息實時讀寫； (3)、實施過程如下: 在刀具的刀柄或聯(lián)接副上安裝RFID芯片，通過對刀儀完成刀具的對刀，通過手持RFID讀寫器將對刀儀得出的相關數(shù)據(jù)輸入刀具芯片中； 在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的裝刀位置布置RFID讀寫頭，在裝載刀具時，通過RFID讀寫頭讀取出刀具芯片中裝載的信息，將其寫入數(shù)控機床的機床系統(tǒng)變量中； 在自動換刀位位置布置RFID讀寫頭，在機床加工過程中換刀時，從機床系統(tǒng)變量中讀取出刀具剩余壽命時間，寫入換下刀具的芯片中；為了保證芯片數(shù)據(jù)的實時性、準確性，需要在每次換刀后更新刀具的剩余壽命信息。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)中每次換刀后更新刀具的剩余壽命信息的方法，具體步驟為:在換刀PLC程序中加入一個模塊，其功能是使PLC每次換刀完成后，將指定的數(shù)據(jù)塊置“1”，使用DDE鏈接實時將這個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)顯示到VB程序Text 控件中，當Text控件置“I”時，自動驅動程序讀取芯片數(shù)據(jù)，并搜索刀庫表里的相應刀具信息，并將最新壽命寫入芯片中，最后將控制Text控件置“O”，完成一個控制循環(huán)，實現(xiàn)刀具壽命數(shù)據(jù)的實時更新。
全文摘要
本發(fā)明所屬機床技術領域，具體涉及一種基于RFID技術的西門子840D數(shù)控系統(tǒng)動態(tài)刀具管理方法，通過對RFID自動識別技術的研究并與數(shù)控系統(tǒng)進行集成，實現(xiàn)加工中心的刀具自動識別。本發(fā)明所選用的RFID讀寫器為德國BALLUFF公司生產(chǎn)的BIS-C-600型讀寫器，在數(shù)控系統(tǒng)中集成刀具自動識別技術，自動識別刀具信息，讀取刀具關鍵數(shù)據(jù)，輸入到加工中心的數(shù)控系統(tǒng)中，有效的提高了刀具信息錄入的準確性和效率；通過將數(shù)控系統(tǒng)中的壽命監(jiān)控數(shù)據(jù)實時寫入RFID芯片，有效的避免報廢或接近壽命極限的刀具被誤用，避免了降低產(chǎn)品加工質量甚至造成生產(chǎn)安全事故的風險。為進一步實現(xiàn)全生產(chǎn)車間的刀具網(wǎng)絡化管理打下堅實的基礎。
文檔編號G05B19/4065GK103076764SQ20131001479
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權日2013年1月16日
發(fā)明者李鵬忠, 張為民, 程猛, 李揚 申請人:同濟大學