基于ＲＦＩ Ｄ的数控机床刀具管理系统研究 口高尚 口剡昌锋 兰州理工大学机电工程学院 兰州 ７３００５０ 摘 要：数控加工过程中，对刀具管理自动化的要求越来越高，但目前国内关于刀具管理系统自动 化的研究相对较少。在结合ＲＦＩＤ无线射频技术的基础上，提出了一种基于ＲＦＩＤ无线射频技术的数控 机床刀具管理系统的实践方案。研究了刀具管理系统的基本架构，能够实现刀具的日常管理、刀具监测 及快速选刀等功能。应用Ｃ＃和ＳＱＬ ｓｅｒｖｅｒ软件，开发了刀具管理系统的模型。 关键词：ＲＦＩＤ数控机床 刀具管理系统中图分类号：ＴＨ１６６ 数据库 文章编号：１０００—４９９８（２０１６１０２—００９０—０３ Ｓａｎｄｖｉｋ公司开发的Ａｕｔｏ－ＴＡＳ，覆盖了从采购、统计与 报告、刀具室计划支持和质量管理。集成了从设计到制 造的全过程［ 。 文献标志码：Ａ １ 概述 机械制造业是国民经济赖以发展的基础，是其它 经济部门的生产手段，决定着国家经济实力、国防实 力、综合国力和在全球经济中的竞争与合作能力 ］，数 控机床等机械加工设备Ｘ－ｊ－机械制造业起着至关重要的 作用。工件的加工与成型依赖于各种数控刀具，数控刀 具较为昂贵，且品种繁多，每把刀具又包含材料、形状、 宾夕法尼亚大学Ｃｈｅｎｇ Ｃｈｅｎ—Ｙａｎｇ等提出把 ＲＦｌＤ技术应用于刀具供应链管理，达到了极大减少工 作量、减少手动输入错误、较少数据录入时间的效果 ］。 国内刀具管理系统起步较晚．相比发达国家，国内 的刀具管理系统自动化程度低。上海飞机制造厂数控 中心ＣＩＭＳ ｑ－程的ＭＩＳ系统中的刀、工、夹、量具子系 统，通过基于ＯＲＡＣＬＥ数据库，基本解决了车间在刀、 工、夹、量具管理方面的问题，并可以与数控车间ＣＩＭＳ 尺寸、寿命等诸多信息，尤其是随着数控加工设备和加 工零件品种的不断增加，其相应的资源信息也越来越 庞杂。目前车间刀具识别与管理主要借助于人工或条 形码的方法，效率低、易出错，且条码易被污染和损坏， 难以有效实现刀具位置、使用、状态与寿命的实时监测 工程的其它子系统进行集成，提高了数控车间的整体 效益［８］。西北工业大学较为系统地研究出了刀具管理 和跟踪，导致刀具使用混乱、出错率高，资源浪费，进而 影响产品的加工质量 ２＿。统计数据显示，刀具费用占产 品总成本的２％～４％。而刀具管理的费用占产品成本的 系统．对刀具全寿命周期管理进行了研究 ］。 ＲｎＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）即无线射频 技术。通过读写器和安装于载体上的ＲＦＩＤ标签，能够 实现对载体的非接触识别和数据信息交换，再加上其 具有方便快捷、识别速度快、数据容量大、使用寿命长、 标签数据可动态更改、抗干扰能力强等特点，较条码而 言具有更好的安全性。ＲＦＩＤ在工业生产中的应用主要 集中在装备线上零部件的追踪与管理和生产线物料监 １５％～３０％．远远高于刀具本身的费用 ］。 国外对刀具管理系统的研究开始较早，已经出现 了一批较为成熟的刀具管理系统。国外刀具管理商用 软件主要有：英国ＣＴＭＳ公司的ＣＹＭＳ，美国刀具供应 商Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ Ｍｉｌａｃｒｏｎ公司和德国Ｄｅｌｋｅｌ公司开发的 Ｔｏｏｌ Ｍａｎａｇｅｒ．德国ＴＤＭ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＧｍｂＨ公司开发的 ＴＤＭ Ｓｙｓｔｅｍｓ．德国ＷＡ ＥＲ公司开发的ＴＤＭ Ｔｏｏｌ 控，但在信息流、物料流比较繁杂的生产加工环节上应 用很少，而这些环节往往具有更大的发展空间，能为企 业节约更多成本 ］。 Ａｓｓｅｍｂｌｙ。瑞典Ｓａｎｄｖｉｋ公司成套商用刀具管理软件 Ａｕｔｏ—ＴＡＳ。美国Ｋｅｎｎａｍｅｔａ公司开发的ＫＡＴＭＳ２等 ］。 德国的刀具数据管理软件ＴＤＭ系统作为一种刀 具管理软件．可以从零件、库存、切削参数、刀具寿命等 方面对刀具进行全方位的管理。另一家著名公司 ｝大学生创新企业训练计划项目（编号：２０１４１０７３１００３） 收稿日期：２０１５年８月 基于ＲＦＩＤ技术而建立的刀具管理系统，通过 ＲＦＩＤ来实现刀具管理的自动化，提高刀具管理的准确 性、快速性以及稳定性，其在硬件上采用ＲＦＩＤ读写 器、电子标签、天线等设备器件；软件上采用Ｃ＃和ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ来实现刀具信息管理的自动化。目前，该系统已 经初具规模．能够实现预想的基础功能。 ２０１６／２ 机械制造５４卷第６１８期 ２系统硬件及管理 ２．１ 射频识别系统概述 软件用户窗口界面可以对设备、采购、库存等多种信息 进行管理，还可以控制ＲＦＩＤ读写器对附着在刀具上 的电子标签进行读／写操作。 （Ｔａｇ）、读写控制器 ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ运行于Ｗｉｎｄｏｗｓ平台，是高性能、高可 最基本的ＲＦＩＤ系统由标签（Ｒｅａｄｅ／Ｗｒｉｔｅ Ｄｅｖｉｃｅ）、天线（Ａｎｔｅｎｎａ）三部分组成，如 图１所示。电子标签中一般保存有约定格式的电子数 靠性、高质量的关系数据库管理系统，笔者选择ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ数据库。 ３．２软件系统的主要功能 对刀具管理系统的设计主要是为了使其能够实现 用户管理、读写器基本参数设置、识别刀具、刀具选用 等基础功能．为后续刀具寿命实时监测等复杂功能的 据，在实际应用中，电子标签附着在待识别物体表面 上。阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存 的电子数据，从而达到自动识别物体的目的，通常阅读 器与电脑相连，所读取的标签信息被传送到电脑上进 行下一步处理Ｅｌｏ］。 实现奠定基础。 ３．２．１用户管理 用户管理是最基本的功能，决定了哪些人能够进 入该系统对其进行信息增删等。 用户登录界面及用户管理界面如图４、图５所示， 该模块可以添加多个用户，以及一个具有删除用户等 多种权限的超级用户，用户在注册时，需要输入指定的 秘钥才能注册成功，这就保证了刀具管理系统的安全 性，同时便于对系统的管理。 ２．２ 刀具识别流程 ３．２．２读写器基本参数设置 刀具识别流程如图２所示，先由上位机发出指令． 读写器在工作之前需对其进行针对工作环境的需 再由下位机经过解码后传递给固定在刀具库上的读写 设备。读写器通过天线发射电磁波，形成一定范围的电 磁场，当附着在刀具刀柄部分的抗金属电子标签进入 该电磁场后，产生感应电流，电子标签获得能量被激 活。然后电子标签将自身的信息通过其内置的天线发 送出去，系统接收天线收到从电子标签发送的载波信 号，经天线调节器传送到读写设备，读写设备再将信息 传递给下位机，再由下位机将信息转换成数字信号反 馈给上位机，进而将刀具信息显示在用户界面上。 ３刀具管理系统 ３．１ 系统架构 刀具管理系统的基本架构如图３所示．用户通过 机械制造５４卷第６１８期 ２０１６，２