数控机床已经成为机械加工车间的主流设备，一般而言，小型数控加工车间的刀具库存数量高达

上千把，再加上其相关零部件，总数可能高达上万把，涵盖了多种不同的品种。随着刀具的数量

和种类急剧增加，生产车间同时存在着各种标准和非标准刀具，这些刀具需要频繁地在刀具库房

和机床之间进行流通和交换。目前，在国内的加工车间，刀具管理主要依赖手工方式和纸质条码

来进行，但这种方法存在一些问题。首先，纸质条码容易在油污环境中损坏，而且刀具的寿命只

能依靠经验来判断。其次，由于刀具的不足，导致许多加工流程停滞，机床操作工需要花费大量

时间来查找合适的刀具。随着数控机床种类和新产品种类的增加，现有的刀具管理方案已经不能

满足需求，因此需要引入无线射频技术（RFID）来改进刀具管理。

RFID技术可降低刀具管理成本达15%以上

有广泛的应用潜力。本文基于无线射频技术，将RFID芯片安装在刀具的刀柄上，实现了刀具信息

的采集和管理，从而降低了综合生产成本。

第一部分：刀具管理现状与需求

国内外的专家已经开发出了很多刀具管理软件，但它们无法满足刀具管理的所有要求，因为现有

的刀具管理存在以下问题：

1. 不能记录和分析刀具的整个寿命周期，只能在某一时间点上采集和监控刀具信息，无法获取未

加工时的数据。

2. 传统刀具管理缺乏机器对机器（M2M）信息交互，无法实现集成化管理。

3. 现有刀具管理方案主要满足生产需求，但未考虑刀具整个生命周期内的成本问题。

为了解决这些问题并实现制造业更加智能化和自动化的目标，引入新的技术手段来管理刀具信息

至关重要。在手机组件的精密加工过程中，对刀具的使用进行智能化管理，将刀具参数传递给机

床，使刀具可以加入机床刀库，供加工程序调用。刀具加工完成后，将刀具的生产时间写入刀具

的RFID芯片中，实现刀具信息的实时采集和刀具状态跟踪等功能。

第二部分：刀具信息管理系统参数采集与设定

刀具信息管理系统是基于无线射频技术，通过数控机床、对刀仪等设备与RFID读写器进行通讯，

利用CNC与RFID读写器采用串口通讯技术，实现了刀具在其生命周期内的信息监控和存储管理。

刀具的整个生命周期通常包括计划、采购、标识、入库、借出、装配、使用、归还、重磨和报废

等阶段。每把刀具的刀柄上都装有RFID标签。

在进行机床刀具管理之前，需要确保刀具已经进行组装，并通过对刀仪进行对刀。为了使刀具能

够正常工作，机床需要进行刀库的初始化，将刀具的加工时间写入刀柄的RFID芯片中。由于低频

RFID的读写距离相对较短，因此在读写刀柄的RFID时，需要通过气动装置将天线靠近RFID标签。

1. 机床刀库初始化

   - 当机床的刀具发生变动时，需要控制机床使刀盘旋转一周，以重新将所有刀具初始化到机床刀

库中。

   - 针对每把刀，需要执行以下操作：CNC通过指令控制气缸升起RFID读头，气缸到位后，CNC

检测感应开关状态，启动RFID读写器工作；气缸状态维持500ms，CNC通过串口通讯控制RFID

读写器读取刀柄RFID芯片的信息；之后，气缸收回，CNC检测气缸磁感应开关回位，刀具继续运

转。

   - 为了简化操作，可以在CNC操作界面上添加一个按钮，每次按下该按钮，刀

盘会自动旋转一周，以确保每次更换刀具时都能进行一次刀库的初始化。同时，不允许直接将刀

具安装到机床刀库的刀柄上。

2. 刀具生产时间记录

   - 在卸刀或组装刀具时，会将刀具的生产量（加工时间）写入刀具管理系统中。刀具加工时间写

入刀柄的RFID芯片的流程如下：

   - 在机床卸刀或组装刀具前，机床记录所使用的刀具，然后旋转刀盘，逐个写入刀具的加工。

   - 气缸状态维持500ms，CNC通过串口通讯控制RFID读写器对刀柄RFID芯片进行写入操作。

   - 之后，气缸收回，CNC检测气缸磁感应开关回位，刀盘继续转动。

   - 为了确保顺利执行上述操作，CNC操作界面上应该增加一个按钮，在卸刀或组装刀具前，按下该按钮，

使机床刀盘旋转一周，并将刀具的使用时间写入，从而实现对刀具寿命的控制。在执行方案流程操作时，

需要遵守相关操作规范。

3. RFID芯片中的刀具数据存储

   - 刀具编码是确定刀具身份唯一性的重要信息，它被写入RFID以用于管理每一把刀具。在编写

相应程序时，可以根据刀具的规格型号来确定刀具的名义直径、名义长度以及相应的程序，然后

根据实际情况进行直径和长度的补偿。由于同一把刀具可能安装在不同的机床上，同一台机床也

可以加工不同的产品，因此在加工过程中，需要显示刀具编码、加工产品、产品数量、异常信息

等信息。这可以通过程序控制来实现，在加工过程中动态展示报表，显示刀具编码、加工产品、

产品数量、异常信息以及RFID记录中的刀具编码、刀具寿命、刀具已使用时间等信息。

第三部分：硬件系统构成与软件开发

硬件系统由电子标签（RFID）、天线、读写器以及相关数据接口构成。RFID标签是数据的载体，

由芯片和耦合元件组成，每个RFID标签都具有唯一的电子编码。RFID标签的天线用于传递标签与

控制器之间的无线射频信号，而读写器则用于读取或写入RFID标签的信息。

系统采用的RFID编码块为EEPROM存储类型，由于一般的机床数控系统配备COM串行通讯接口，

因此采用RS232通讯协议。刀具的使用寿命需要实时更新，为了保证数据的实时性，需要在更换

刀具时及时更新RFID芯片中的刀具信息，将数控系统NCK变量中的寿命数据写入RFID芯片中。

以上内容对数控机床刀具管理的优化与完善提供了详细的方案和步骤，将有助于提高刀具管理的

效率和精确度，降低生产成本，实现更智能化的生产流程。