基于RFID的数控机床刀具管理系统研究.pdf

基 于 R F I 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 7 3 0 0 5 0 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 R F I D无线射频技术的基础上， 提 出了一种基 于 R F I D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 S Q L s e r v e r 软件 ， 开发 了刀具管理 系统的模型。 关键词 R F I D数控机床 刀具管理系统数据库 中图分类号 T H1 6 6 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 6 1 0 2 0 0 9 0 0 3 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 、 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 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 1 5 ％～ 3 0 ％ ． 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 C T MS公 司 的 C YMS， 美 国 刀 具 供 应 商 Ci n c i n n a t i Mi l a c r o n公 司 和 德 国 De l k e l公 司 开 发 的 T o o l Ma n a g e r ． 德 国 T DM S y s t e ms Gmb H 公 司 开 发 的 T DM S y s t e ms ．德 国 W A ER 公 司 开 发 的 T DM T o o l As s e mb l y 。瑞 典 S a n d v i k公 司 成 套 商 用 刀 具 管 理 软 件 A u t o T AS 。 美 国 Ke n n a me t a公 司 开 发 的 KA T MS 2等 ] 。 德 国 的 刀 具 数 据 管 理 软 件 T DM 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 2 0 1 4 1 0 7 3 1 0 0 3 收稿 日期 2 0 1 5年 8月 2 0 1 6 ／ 2 S a n d v i k公 司 开 发 的 Au t o - T AS， 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 [ 。 宾 夕 法 尼 亚 大 学C h e n g C h e n Ya n g等 提 出 把 RF l D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 C I MS q - 程 的 MI S系 统 中 的 刀 、 工 、 夹 、 量 具 子 系 统 ， 通 过 基 于 ORACL E 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 CI MS 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 系 统 ． 对 刀 具 全 寿 命 周 期 管 理 进 行 了 研 究 ] 。 RnD Ra d i o F r e q u e n c y I d e n t i f i c a t i o n 即 无 线 射 频 技 术 。通 过 读 写 器 和 安 装 于 载 体 上 的 R F I D 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 。 RF I D 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 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 ] 。 基 于 RF I D 技 术 而 建 立 的 刀 具 管 理 系 统 ， 通 过 RF I D 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 RF I D 读 写 器 、 电子 标 签 、 天 线等 设备 器件 ； 软件 上 采用 C 和 S QL S e r v e r 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 。 机械制造5 4 卷 第6 1 8 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2系统硬 件及管理 2 ． 1 射 频 识 别 系统 概 述 最 基 本 的 RF I D 系 统 由 标 签 T a g 、 读 写 控 制 器 Re a d e ／ Wr i t e De v i c e 、 天 线 An t e n n a 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 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 E l o ] 。 2． 2 刀 具 识 别 流 程 刀 具 识 别 流 程 如 图 2所 示 ， 先 由上 位 机 发 出 指 令 ． 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5 4 卷 第6 1 8 期 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 RF I D 读 写 器 对 附 着 在 刀 具 上 的 电 子 标 签 进 行 读 ／ 写 操 作 。 S QL S e r v e r运 行 于 Wi n d o ws平 台 ， 是 高 性 能 、 高 可 靠 性 、 高 质 量 的 关 系 数 据 库 管 理 系 统 ，笔 者 选 择 S QL S e rve r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 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 。 3 ． 2 ． 2读 写 器 基 本 参 数 设 置 读 写 器 在 工 作 之 前 需 对 其 进 行 针 对 工 作 环 境 的 需 2 0 1 6 ， 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m