基于RFI D的數(shù)控機(jī)床刀具管理系統(tǒng)研究
2016-12-19 來源：蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 作者：高尚 剡昌鋒
摘要：數(shù)控加工過程中。對刀具管理自動化的要求越來越高，但目前國內(nèi)關(guān)于刀具管理系統(tǒng)自動化的研究相對較少。在結(jié)合RFID無線射頻技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種基于RFID無線射頻技術(shù)的數(shù)控機(jī)床刀具管理系統(tǒng)的實(shí)踐方案。研究了刀具管理系統(tǒng)的基本架構(gòu)。能夠?qū)崿F(xiàn)刀具的日常管理、刀具監(jiān)測及快速選刀等功能。應(yīng)用C#和SQL server軟件，開發(fā)了刀具管理系統(tǒng)的模型。
關(guān)鍵詞：RFID數(shù)控機(jī)床刀具管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫
1 .概述
機(jī)械制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)賴以發(fā)展的基礎(chǔ)，是其它經(jīng)濟(jì)部門的生產(chǎn)手段。決定著國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力、國防實(shí)力、綜合國力和在全球經(jīng)濟(jì)中的競爭與合作能力?，數(shù)控機(jī)床等機(jī)械加SE設(shè)備對機(jī)械制造業(yè)起著至關(guān)重要的作用。工件的加工與成型依賴于各種數(shù)控刀具，數(shù)控刀具較為昂貴，且品種繁多，每把刀具又包含材料、形狀、尺寸、壽命等諸多信息，尤其是隨著數(shù)控加工設(shè)備和加工零件品種的不斷增加，其相應(yīng)的資源信息也越來越龐雜。目前車間刀具識別與管理主要借助于人工或條形碼的方法，效率低、易出錯，且條碼易被污染和損壞，難以有效實(shí)現(xiàn)刀具位置、使用、狀態(tài)與壽命的實(shí)時(shí)監(jiān)測和跟蹤，導(dǎo)致刀具使用混亂、出錯率高，資源浪費(fèi)，進(jìn)而影響產(chǎn)品的加工質(zhì)量[2]。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，刀具費(fèi)用占產(chǎn)品總成本的2％～4％，而刀具管理的費(fèi)用占產(chǎn)品成本的15％～30％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于刀具本身的費(fèi)用。
國外對刀具管理系統(tǒng)的研究開始較早，已經(jīng)出現(xiàn)了一批較為成熟的刀具管理系統(tǒng)。國外刀具管理商用軟件主要有：英國CTMS公司的CYMS，美國刀具供應(yīng)商Cincinnati Milacron公司和德國Delkel公司開發(fā)的Tool Manager．德國TDM Systems GmbH公司開發(fā)的TDM Systems．德國WALTER公司開發(fā)的TDM T001Assembly，瑞典Sandvik公司成套商用刀具管理軟件Auto-TAS，美國Kennameta公司開發(fā)的KATMS2等∽]。德國的刀具數(shù)據(jù)管理軟件TDM系統(tǒng)作為一種刀具管理軟件，可以從零件、庫存、切削參數(shù)、刀具壽命等方面對刀具進(jìn)行全方位的管理。另一家著名公司Sandvik公司開發(fā)的Auto—TAS。覆蓋了從采購、統(tǒng)計(jì)與報(bào)告、刀具室計(jì)劃支持和質(zhì)量管理，集成了從設(shè)計(jì)到制造的全過程[61。
賓夕法尼亞大學(xué)Cheng Chen—Yang等提出把RFID技術(shù)應(yīng)用于刀具供應(yīng)鏈管理，達(dá)到了極大減少工作量、減少手動輸入錯誤、較少數(shù)據(jù)錄人時(shí)間的效果[7]。國內(nèi)刀具管理系統(tǒng)起步較晚，相比發(fā)達(dá)國家，國內(nèi)的刀具管理系統(tǒng)自動化程度低。上海飛機(jī)制造廠數(shù)控中心CIMS-V程的MIS系統(tǒng)中的刀、工、夾、量具子系統(tǒng)，通過基于ORACLE數(shù)據(jù)庫，基本解決了車間在刀、工、夾、量具管理方面的問題，并可以與數(shù)控車間CIMS工程的其它子系統(tǒng)進(jìn)行集成，提高了數(shù)控車間的整體效益。西北工業(yè)大學(xué)較為系統(tǒng)地研究出了刀具管理系統(tǒng)，對刀具全壽命周期管理進(jìn)行了研究[9]。
RFID(Radio Frequency Identification)即無線射頻技術(shù)。通過讀寫器和安裝于載體上的RFID標(biāo)簽，能夠?qū)崿F(xiàn)對載體的非接觸識別和數(shù)據(jù)信息交換。再加上其具有方便快捷、識別速度快、數(shù)據(jù)容量大、使用壽命長、標(biāo)簽數(shù)據(jù)可動態(tài)更改、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，較條碼而言具有更好的安全性。RFID在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用主要集中在裝備線上零部件的追蹤與管理和生產(chǎn)線物料監(jiān)控，但在信息流、物料流比較繁雜的生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)上應(yīng)用很少。而這些環(huán)節(jié)往往具有更大的發(fā)展空間，能為企業(yè)節(jié)約更多成本。
基于RFID技術(shù)而建立的刀具管理系統(tǒng)，通過RFID來實(shí)現(xiàn)刀具管理的自動化。提高刀具管理的準(zhǔn)確性、快速性以及穩(wěn)定性，其在硬件上采用RFID讀寫器、電子標(biāo)簽、天線等設(shè)備器件；軟件上采用C#和SQLServer來實(shí)現(xiàn)刀具信息管理的自動化。目前。該系統(tǒng)已經(jīng)初具規(guī)模，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)想的基礎(chǔ)功能。
2.系統(tǒng)硬件及管理
2．1 射頻識別系統(tǒng)概述
最基本的RFID系統(tǒng)由標(biāo)簽(Tag)、讀寫控制器(Reade／Write Device)、天線(Antenna)i部分組成，如圖1所示。電子標(biāo)簽中一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽附著在待識別物體表面上。閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動識別物體的目的．通常閱讀器與電腦相連．所讀取的標(biāo)簽信息被傳送到電腦上進(jìn)行下一步處理””。
2．2 刀具識別流程
刀具識別流程如圖2所示．先由上位機(jī)發(fā)出指令，再由下位機(jī)經(jīng)過解碼后傳遞給固定在刀具庫上的讀寫設(shè)備。讀寫器通過天線發(fā)射電磁波，形成一定范圍的電磁場．當(dāng)附著在刀具刀柄部分的抗金屬電子標(biāo)簽進(jìn)入該電磁場后．產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽獲得能量被激活。然后電子標(biāo)簽將自身的信息通過其內(nèi)置的天線發(fā)送出去．系統(tǒng)接收天線收到從電子標(biāo)簽發(fā)送的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀寫設(shè)備，讀寫設(shè)備再將信息傳遞給下位機(jī)，再由下位機(jī)將信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號反饋給上位機(jī)，進(jìn)而將刀具信息顯示在用戶界面上。
3.刀具管理系統(tǒng)
3．1 系統(tǒng)架構(gòu)
刀具管理系統(tǒng)的基本架構(gòu)如圖3所示，用戶通過
軟件用戶窗口界面可以對設(shè)備、采購、庫存等多種信息進(jìn)行管理，還可以控制RFID讀寫器對附著在刀具上的電子標(biāo)簽進(jìn)行讀／寫操作、SQL Server運(yùn)行于Windows平臺，是高性能、高可靠性、高質(zhì)量的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)．筆者選擇SQLServer數(shù)據(jù)庫。
3．2軟件系統(tǒng)的主要功能
對刀具管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是為了使其能夠?qū)崿F(xiàn)用戶管理、讀寫器基本參數(shù)設(shè)置、識別刀具、刀具選用等基礎(chǔ)功能，為后續(xù)刀具壽命實(shí)時(shí)監(jiān)測等復(fù)雜功能的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。
3．2．1用戶管理
用戶管理是最基本的功能．決定了哪些人能夠進(jìn)入該系統(tǒng)對其進(jìn)行信息增刪等。
用戶登錄界面及用戶管理界面如圖4、圖5所示，該模塊可以添加多個(gè)用戶，以及一個(gè)具有刪除用戶等多種權(quán)限的超級用戶，用戶在注冊時(shí)，需要輸入指定的秘鑰才能注冊成功，這就保證了刀具管理系統(tǒng)的安全性。同時(shí)便于對系統(tǒng)的管理。
3．2．2讀寫器基本參數(shù)設(shè)置
讀寫器在工作之前需對其進(jìn)行針對工作環(huán)境的需
要而進(jìn)行的各種參數(shù)設(shè)置，使其處于正常的工作狀態(tài)。參數(shù)設(shè)置界面如圖6所示。
在此界面，能夠根據(jù)不同的識別對象及環(huán)境設(shè)置RS232串口號、串口波特率等讀寫器的基本參數(shù)，同時(shí)具有連接讀寫器、斷開讀寫器等按鈕，以及讀寫器發(fā)生故障時(shí)對其的重啟按鈕，便于對讀寫器的控制與操作。
3．2．3識別刀具
當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入天線的識別范圍時(shí)。需要由界面來顯示被識別刀具的各項(xiàng)參數(shù)信息。
識別刀具界面如圖7所示。界面左側(cè)有操控完成讀取刀具電子標(biāo)簽上信息的讀取標(biāo)簽按鈕．當(dāng)讀寫器讀取到電子標(biāo)簽中的EPC號時(shí)，會在后臺與數(shù)據(jù)庫中的EPC號進(jìn)行比對，在界面右側(cè)窗口顯示出對應(yīng)刀具的各項(xiàng)參數(shù)；當(dāng)查找數(shù)據(jù)庫中無此EPC號時(shí)，彈出窗口“是否添加新的刀具”．從而添加新的刀具．更新數(shù)據(jù)庫中的信息。
3．2．4刀具選用
刀具選用界面如圖8所示，在界面左側(cè)設(shè)置了兩個(gè)選擇刀具的條件，進(jìn)行最基本的選刀，分別是刀具材料、加工工序。兩個(gè)條件采用選擇式按鈕．刀具材料包括金剛石、陶瓷、立方氮化硼、涂層、硬質(zhì)合金以及高速鋼等常用的刀具材料；加工工序包含切削、鉆削、鏜削、銑削等最基本的加工工序。在數(shù)據(jù)庫中，每條EPC號對應(yīng)的刀具基本參數(shù)包含有其刀具材料、適用的加工工序以及刀庫號等，當(dāng)選定了刀具選擇條件后，系統(tǒng)會匹配出滿足該條件的刀具，將刀具及其各項(xiàng)參數(shù)顯示在右側(cè)窗口，用戶可以清晰地看到其所在的刀庫號，便于加工過程中的選刀。
4.結(jié)論
筆者提出了一種基于RFID的彩控刀具管理系統(tǒng)架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)刀具作息的管理自動化，采用C#和SQlServer實(shí)現(xiàn)了部分功能。包含幫助假用者的快速選刀及刀具狀態(tài)的實(shí)時(shí)盥測等功能。未來將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)刀具彤態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并對刀具信息管理系統(tǒng)的各項(xiàng)功能進(jìn)行優(yōu)化完善，確保該系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定地運(yùn)行，快速性和準(zhǔn)確性都能得到一定提升。
投稿箱：
如果您有機(jī)床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進(jìn)行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機(jī)床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進(jìn)行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關(guān)信息
業(yè)界視點(diǎn)
| 更多
行業(yè)數(shù)據(jù)
| 更多
- 2025年5月 新能源汽車銷量情況
- 2025年5月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 軸承出口情況
- 2025年5月 分地區(qū)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年4月 新能源汽車銷量情況
- 2025年4月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年4月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年4月 軸承出口情況
- 2025年4月 分地區(qū)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年4月 金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年1月 新能源汽車銷量情況
博文選萃
| 更多
- 機(jī)械加工過程圖示
- 判斷一臺加工中心精度的幾種辦法
- 中走絲線切割機(jī)床的發(fā)展趨勢
- 國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床何去何從？
- 中國的技術(shù)工人都去哪里了？
- 機(jī)械老板做了十多年，為何還是小作坊？
- 機(jī)械行業(yè)最新自殺性營銷，害人害己！不倒閉才
- 制造業(yè)大逃亡
- 智能時(shí)代，少談點(diǎn)智造，多談點(diǎn)制造
- 現(xiàn)實(shí)面前，國人沉默。制造業(yè)的騰飛，要從機(jī)床
- 一文搞懂?dāng)?shù)控車床加工刀具補(bǔ)償功能
- 車床鉆孔攻螺紋加工方法及工裝設(shè)計(jì)
- 傳統(tǒng)鉆削與螺旋銑孔加工工藝的區(qū)別