基于RFID的智能化机床刀具信息管理研究

本文摘要：数控机床已沦为机械加工车间的主流设备，一般小型数控加工车间的刀具配有量多达上千把，再行再加其设施零部件，总量上万把，品种上百种。随着刀具在数量和种类上急遽减少，生产车间各种类型及规格的标准和非标准刀具共存，大量刀具频密地在刀具库房与机床、机床设备之间流动和互相交换。 当前国内加工车间多靠手工方式和纸质条码管理刀具。纸质条码在油污环境下更容易污损，刀具寿命也仅靠经验辨别。由于缺少刀具，导致很多加工流程暂停，机床操作工须要花费大量时间在查询刀具上。

数控机床已沦为机械加工车间的主流设备，一般小型数控加工车间的刀具配有量多达上千把，再行再加其设施零部件，总量上万把，品种上百种。随着刀具在数量和种类上急遽减少，生产车间各种类型及规格的标准和非标准刀具共存，大量刀具频密地在刀具库房与机床、机床设备之间流动和互相交换。

当前国内加工车间多靠手工方式和纸质条码管理刀具。纸质条码在油污环境下更容易污损，刀具寿命也仅靠经验辨别。由于缺少刀具，导致很多加工流程暂停，机床操作工须要花费大量时间在查询刀具上。随着数控机床种类及新产品种类的减少，现有刀具管理方案已无法符合市场需求，故引进无线射频技术(RFID)。

RFID是20世纪90年代蓬勃发展的一种非接触式的自动识别技术，具备较慢扫瞄、体积小、抗污染能力和耐久性强劲、可重复使用、穿透性和无屏障读者、数据记忆容量大安全性强劲等特点，因此在生产数据采集、监控、数据传送方面具备极大的应用于潜力。本文以无线射频技术为基础，将RFID芯片加装在刀具的刀柄上，构建刀具信息的收集与管理，减少综合生产成本。1刀具管理行业现状及市场需求国内外专门从事刀具管理研究的专家研发出有很多刀具管理软件，但无法符合刀具管理的全部拒绝，现有刀具管理不存在以下问题：①无法分析刀具的整个寿命周期的记录和数据，只是在时间点上构建刀具信息的收集与监控，无法取得未加工时的数据;②传统刀具管理缺少M2M(MachinetoMachine)信息交互，无法构建集成化管理;③现有刀具管理方案以符合生产市场需求为目的，并未考虑到刀具整个生命周期内的成本问题。为解决问题上述问题，构建制造业更为智能化自动化的目标，急需引进新的技术手段来管理刀具信息。

劲胜仪器组件股份有限公司在手机组件仪器加工过程中，针对刀具在机床中的用于展开智能化管理，将刀具参数传递给机床，使刀具重新加入机床刀库，可供加工程序展开调用。刀具加工已完成时，将刀具生产时间载入刀具的RFID中，构建刀具动态信息采集，刀具状态追踪等功能。

2刀具信息管理系统参数收集及原作刀具信息管理系统是所指在生产单元内的机器设备(如数控机床、对刀仪等)及RFID读写器展开通讯的基础上，利用无线射频技术、CNC与RFID读写器采行串口通讯技术，构建刀具在其生命周期内的信息监控与存储管理。刀具整个生命周期一般还包括计划、订购、标识、入库、租用、组装、用于、交还、重磨、出厂等。本文使用思谷数字技术有限公司(sygole)设计的刀具，刀柄上装有RFID标签，刀柄如图1右图，RFID读取标签的时间为500ms。

图1装有RFID标签的刀柄和RFID标签机床刀具管理的前提条件是刀具早已展开组刀，并通过对刀仪对刀。为了构建刀具适当的功能，机床必须展开刀库初始化，将刀具加工时间载入刀柄RFID中。由于高频RFID的读取距离较为较短，所以在读取刀柄的RFID时，要将天线通过气动装置附近RFID标签。

(1)机床刀库初始化要构建数控刀具信息的智能化传输，首先要依赖数控机床。为保证在刀具取出机床时自动进刀库，并将刀具参数从RFID标签读取到机床刀库中，需对机床刀库展开初始化操作者，明确流程解释如下：①在机床有刀具变动时，必须机床掌控刀盘旋转一周(闻图2)，将所有刀具新的初始化到机床刀库;②对每把刀必须展开如下操作者：CNC通过指令驱动气缸顶升RFID读头，气缸做到后，CNC提供感应器电源状态，启动RFID读写器工作;气缸状态保持500ms，CNC通过串口通讯驱动RFID读写器对刀柄RFID芯片展开加载操作者;交还气缸，CNC检测气缸磁感应电源做到后，刀具之后运转;③必须掌控的功能：在CNC操作界面特一个按钮，每按一次该按钮刀盘自动转动一周，保证每次换回刀都能旋转一周，初始化机床刀库;不容许必要将刀加装到机床的刀库刀柄。图2并转塔式刀盘(2)刀具生产时间记录在运(组)刀时，不会将刀具的生产量(加工时间)载入到刀具管理系统中。

将机床加工时间载入刀柄的RFID中的流程如下：①在机床运刀前或组刀后，机床记录用于的刀具，转动刀盘，逐一载入刀具加工时间;②气缸状态保持500ms，CNC通过串口通讯驱动RFID读写器并对刀柄RFID芯片展开载入操作者;③交还气缸，CNC检测气缸磁感应电源做到后，刀盘之后旋转。要确保上述方案操作者顺利进行，需在CNC操作界面减少一个按钮，在运刀前或组刀后，按一次按钮，使机床转动一周，并载入刀具用于时间，最后已完成刀具寿命的掌控。在展开方案流程操作者时，不应留意操作者规范。

方案流程如图3右图。图3方案流程(3)RFID芯片中刀具数据存储刀具编码是确认刀具身份唯一性的最重要信息，将其载入RFID，通过刀具编码来管理每一把刀具。

在撰写适当程序时，可根据刀具的规格型号确认刀具的名义直径、名义长度及适当程序，然后根据实际情况给与适当的直径补偿和长度补偿。由于同一把刀具可以加装在有所不同的机床上，同一台机床也可以加工有所不同产品，加工产品时，也有可能出现异常情况，故在加工时，必须展出以上加工信息。可通过程序控制，在加工过程动态展出报表表明刀具编码、加工产品、产品数量、出现异常信息等以及RFID记录中的刀具编码、刀具寿命、刀具已用于时间等信息。3硬件系统包含及软件开发硬件由电子标签(RFID)、天线、读写器及涉及数据模块包含(闻图4)。

RFID标签为数据载体，由芯片及耦合元件构成，每个RFID标签都具备唯一的电子编码;RFID标签天线是RFID电子标签的应答器天线，通过通信感应器来传送标签与控制器之间的无线射频信号，读写器是用来加载或载入RFID标签信息的设备。图4RFID构成该系统为分布式应用系统，采行C/S模式更加有利于该系统运营。系统研发平台为微软公司的VisualStudio2010.NetFramework3.5及以上版本，使用C#研发，数据库为ORACLE。

系统使用的RFID编码块为EEPROM存储类型，由于一般机床数控系统配有COM串行通讯模块，故使用RS232通讯协议。刀具使用寿命必须动态改版，为确保存储数据的实时性，在替换刀具时及时改版芯片中的刀具信息，将数控系统NCK变量中的寿命数据载入RFID芯片。小结通过在刀具上加装RFID标签用作刀具仅有生命周期的生命辨识和信息读取，在数控机床等设备主机上安装读写器，作为RFID标签与主要控制系统之间信息交互模块，利用RFID标签作为信息载体构建刀具与主机以及主机与主机之间的信息交互，以构建刀具寿命的预测。

新的解决方案可实现刀具仅有生命管理，减少刀具库存20%，减少刀具成本10%，增加打算时间15%，提高设备效率10%，延长交期10%，减少综合成本15%以上。

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