随着航空、航天、工程机械、汽车、高铁、船舶等制造行业的高速发展,对齿轮种类和数量的需求在不断增加,由此带来对齿轮加工中所用刀具、夹具的类型和数量的增加。由于各种类型的刀具、夹具之间具有很大的相似性,导致车间中刀具、夹具管理的范围和难度加大,同时还将带来加工使用时易出现混淆等问题,从而严重影响齿轮加工的生产效率和生产质量。此外,目前大部分齿轮加工车间的刀夹具管理方式落后,各个管理和生产环节脱节,很难协调和统一管理刀夹具,而由这些管理不当所带来的损失远远大于刀夹具资源自身的购置成本。因此,本文以齿轮加工中的基础单元——刀夹具为研究对象,立足于刀夹具的信息化管理,设计了齿轮加工数字化车间刀夹具管理系统。首先,分析齿轮加工车间刀夹具的管理需求,确定刀夹具管理系统应具备编码管理、基础数据管理、采购管理、跟踪管理、选配管理、库存管理、维修报废管理等基本功能;设计了上层管理服务器、车间各个管理处PC机和底层设备之间的网络连接方式,对车间生产加工方式和刀夹具全寿命周期管理的业务流程进行了说明,其中业务流程包括计划阶段、置办阶段、使用阶段和维护阶段;确定以B/S为主,C/S为辅的四层系统架构,即用户层、高级应用层、处理层和支撑层。然后,研究了4个关键技术,第一,刀夹具信息模型,建立刀夹具静态信息模型和动态信息模型,阐述位置信息、状态信息及寿命信息的计算;第二,刀夹具选配方法,根据接收的刀夹具请求,按照选配策略,及时为请求机床选出最合适的刀夹具;第三,对刀夹具在机检测中的控制问题进行了分析,以滚齿加工为例,提出了基于模糊自整定PID算法的夹具RFID读写头移动定位控制方法和基于RFID设备读取时间的刀杆轴和夹具轴的转动控制方法;第四,刀夹具管理系统集成方法,通过分析刀夹具管理系统与其他系统的数据交互,建立了基于Web Services的刀夹具管理系统与其他系统的集成模型,实现刀夹具信息在车间层的各个系统和上层计划管理系统间的共享。其次,从管理和加工操作两个角度对刀夹具管理系统的功能进行了详细设计,描述了系统各个功能间的内在联系和相互作用;通过建立系统使用流程来说明系统的各个使用人员和功能模块之间消息传送的时间顺序以及对刀夹具管理系统的数据库进行了详细设计。最后,基于上述架构设计、功能设计和关键技术研究等,设计了齿轮加工数字化车间刀夹具管理的原型系统,并对系统的各个功能模块进行阐述。