刀具识别装置及其应用技术

刀具（刀座）识别装置是可任意选择刀具的自动换刀系统中的重要组成部分，常用的有以下两种。

1.接触式刀具识别装置

接触式刀具识别装置的原理如图8-15所示。在刀柄1上装有两种直径不同的编码环，规定大直径的环表示二进制的“1”，小直径的环表示“0”。图中编码环4有5个，在刀库附近固定一刀具识别装置2，从中伸出触针3，触针数量与刀柄上的编码环个数相等。每个触针与一个继电器相连，当编码是大直径时与触针接触，继电器通电，其数码为“1”；当编码是小直径时，与触针不接触，继电器不通电，其数码为“0”。当继电器读出的数码与所需刀具的编码一致时，有控制装置发出信号，使刀库停转，等待换刀。

图8-15　接触式刀具识别装置的原理

1—刀柄；2—刀具识别装置；3—触针；4—编码环

接触式刀具识别装置的结构简单，但由于触针有磨损，故其寿命较短、可靠性较差，且难于快速选刀。

2.非接触式刀具识别装置

非接触式刀具识别装置没有机械直接接触，因而无磨损、无噪声、寿命长、反应速度快，适应于高速、换刀频繁的工作场合。所用识别装置的识别方法有磁性识别法和光电识别法。

（1）非接触式磁性识别法。磁性识别法是利用磁性材料和非磁性材料的磁感应强弱的不同，通过感应线圈读取代码。其编码环的直径相等，分别由导磁材料（如软钢）和非导磁材料（如黄铜、塑料等）制成，并规定前者编码为“1”，后者编码为“0”。图8-16所示为一种用于刀具编码的磁性识别装置。图中刀柄1上装有非导磁材料编码环4和导磁材料编码环2，与编码环相对应的有一组检测线圈6组成的非接触式识别装置3。在检测线圈6的一次线圈5中输入交流电压时，如编码环为导磁材料，则磁感应较强，能在二次线圈7中产生较大的感应电压。如编码环为非导磁材料，则磁感应较弱，在二次线圈中感应的电压就较弱。利用感应电压的强弱，就能识别刀具的号码，当编码的号码与指令刀号相符时，控制电路便发出信号，使刀库停止运转，等待换刀。(www.xing528.com)

图8-16　非接触式磁性识别原理图

1—刀柄；2—导磁材料编码环；3—识别装置；4—非导磁材料编码环；5—一次线圈；6—检测线圈；7—二次线圈

（2）非接触式光电识别法。非接触式光电识别法是利用光导纤维良好的光传导特性，采用多束光导纤维构成阅读法。用靠近的二束光导纤维来阅读二进制编码的一位时，其中一束将光源投到能反光或不能反光（被涂黑）的金属表面上，另一束光导纤维将反射光送至光电转换元件转换成电信号，以判断正对这二束光导纤维的金属表面有无反射光，有反射光时（表面光亮）为“1”，无反射光时（表面涂黑）为“0”。在刀具的某个磨光部位按二进制规律涂黑或不涂黑，就可给刀具编上号码。正当中一小块反光部分用来发出同步信号。阅读头端面中间嵌进一排共9个圆形的受光入射面。当阅读头端面正对刀具编码部位相对运动时，在同步信号的作用下，可将刀具编码读入，并与给定的刀具号进行比较而选刀。

在光导纤维中传播的光信号比在导体中传播的电信号具有更高的抗干扰能力。光导纤维可任意弯曲，这给机械设计、光源及光电转换元件的安装都带来了很大的方便，因此，这种识别方法很有发展前途。

近年来，“图像识别”技术和可编程控制器已用于换刀系统中。

利用“图像识别”技术刀具不必编码，而在刀具识别位置上利用光学系统将刀具的形状投影到由许多光电元件组成的屏板上，从而将刀具的形状变为光电信号，经信息处理后存入记忆装置中。选刀时，数控指令T所指的刀具在刀具识别位置出现图形，使之与记忆装置中的图形进行比较，选中时发出选刀符合信号，刀具便停在换刀位置上。这种识别方法虽然有很多优点，但由于该系统价格昂贵，从而限制了它的使用。

采用可编程控制器可以实现随即换刀，它是利用软件实现选刀，代替了传统的编码环和识刀器。在这种选刀与换刀方式中，刀库上的刀具能与主轴上的刀具任意地直接交换，即随机换刀。主轴上换来的新刀号及换回刀库上的刀具号，均在PC内部相应的存储单元进行记忆。随机换刀控制方式需要在PC内部设置一个模拟刀库的数据表，其长度和表内设置的数据与刀库的位置数和刀具号相对应。这种方法主要用于由软件完成的选刀场合，从而消除了由于识刀装置的稳定性、可靠性所带来的选刀失误。