智能機床數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展新的里程碑

在IMTS 2006 上，日本Mazak 公司以“智能機床”(Intelligent Machine)的名稱，展出了聲稱具有四大智能的數(shù)控機床；日本Okuma (大隈)公司展出了名為“thinc”的智能數(shù)字控制系統(tǒng) (Intelligent Numerical Control System)。從1952年第一臺數(shù)控機床問世至今50余年，其中包括走向成熟的30年和走向大規(guī)模應(yīng)用的20余年。智能機床的出現(xiàn)標志著新的發(fā)展階段的開始，標志著數(shù)控軟件由非智能(低級)走向智能(高級)。這一標志性事件的出現(xiàn)，將加快人類智能型生產(chǎn)工具的發(fā)展步伐，成為數(shù)控機床的重要發(fā)展方向，其前景廣闊、意義深遠而重大。

　　Mazak的智能機床：發(fā)出信息和進行思考

　　Mazak對智能機床的定義是：機床能對自己進行監(jiān)控，可自行分析眾多與機床、加工狀態(tài)、環(huán)境有關(guān)的信息及其他因素，然后自行采取應(yīng)對措施來保證最優(yōu)化的加工。換句話說，機床進化到可發(fā)出信息和自行進行思考。結(jié)果是：機床可自行適應(yīng)柔性和高效生產(chǎn)系統(tǒng)的要求。當前Mazak的智能機床有以下四大智能：

　　主動振動控制（ACTIVE VIBRATION CONTROL）——將振動減至最小。

　　各坐標軸運動時的加、減速度產(chǎn)生的振動，影響加工精度、表面粗糙度、刀尖磨損和加工時間。具有此項智能的機床可使振動減至最小。例如,在進給量為3000mm/min，加速度為0.43g時，最大振幅由4μ m減至1 μm。

　　智能熱屏障（INTELLIGENT THERMAL SHIELD）——熱位移控制。

　　由于機床部件的運動或運作產(chǎn)生的熱及室溫的變化會產(chǎn)生定位誤差。此項智能可對這些誤差自動補償，使其值為最小。

　　智能安全屏障（INTELLIGENT SAFETY SHIELD）——防止部件碰撞。

　　當操作工人為了調(diào)整、測量、更換刀具而手動操作機床時,一旦“將”發(fā)生碰撞時(即在發(fā)生碰撞前一瞬間),運動立即自行停止。

　　馬扎克語音提示(MAZAK VOICE ADVISER)——語音信息系統(tǒng)。

　　當工人手動操作和調(diào)整時，用語音進行提示，以減少由于工人失誤而造成的問題。

　　Okuma的智能機床：具備“思想”

　　Okuma的智能數(shù)字控制系統(tǒng)的名稱為“thinc”,它是英文“思想”(think)的諧音，表明它具備思想能力。Okuma認為當前經(jīng)典的數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(結(jié)構(gòu))，執(zhí)行和使用(design、implementation、use)三個方面已經(jīng)過時，對它進行根本性變革的時機已經(jīng)到來。

　　Okuma說，thinc不僅可以在不受人的干預(yù)下,對變化了的情況作出“聰明的決策”(smart decision)，還可以使機床到了用戶廠后, 會以增量的方式使其功能在應(yīng)用中自行不斷增長,并會更加自適應(yīng)新的情況和需求，更加容錯，更容易編程和使用，而不像目前的CNC到用戶廠后功能就開始“凍結(jié)”(frozen)和過時�？傊�,在不受人工干預(yù)的情況下，機床將為用戶帶來更高的生產(chǎn)效率。這一切均不需Okuma介入，用戶和機床逐漸走向“自治”(autonomy)。筆者認為，這些可能是人工智能的自學習、自適應(yīng)、自改善、自行積累經(jīng)驗的功能的體現(xiàn)。
Okuma還聲稱，thinc是基于PC 的平臺，并且采用國際標準硬件, Windows2000 專業(yè)操作系統(tǒng)SP4。Okuma說,隨著計算機技術(shù)不斷發(fā)展, 用戶可以自行升級換代。

“智能”與非智能機床的區(qū)別

“智能”與非智能程序不同的是，后者要求”機械、死板”地執(zhí)行程序，而前者只是提供一種方法以供執(zhí)行。以Mazak的第二大智能——“智能熱屏障”為例。早在上世紀80年代就出現(xiàn)數(shù)控機床熱變形誤差的自動補償，至今約有十多家以上技術(shù)領(lǐng)先公司擁有這項技術(shù)。其做法是：在機床出廠前，在溫度可控的試驗室里，做空運轉(zhuǎn)和試切削試驗，找出室溫和運轉(zhuǎn)條件變化與主軸軸向位移變化的關(guān)系，列出對應(yīng)的關(guān)系表或描繪出相關(guān)的曲線，然后編成程序。到用戶廠后，系統(tǒng)采集機床典型部位安裝的溫度表數(shù)值后，按表或曲線上的對應(yīng)值進行補償。這種方式是自動但非智能運行的，是機械、死板地執(zhí)行程序中規(guī)定的對應(yīng)值。Mazak認為，“傳統(tǒng)”的方法中主軸位移“熱時間常數(shù)”低，它不采用這種“傳統(tǒng)”方法。因?qū)儆凇按�申請專利�?patent pending)，Mazak沒有透露方法的細節(jié)。

Mazak的第一大智能“主動振動控制”，按對“主動”一詞的理解，有可能是振動發(fā)生后，使用“激震器”用與振動信號相同的頻率、振幅、但相位相差180度的振動來抵消原來的振動。由于振動頻率和振幅大小與機床進給加、減速度有關(guān)，而加、減速度又與進給速度、切削負荷等有關(guān)，根本無法事先在程序中規(guī)定，只能根據(jù)實測加以權(quán)衡，判斷做出對應(yīng)的決策。

至于一臺機床具備多少智能功能，才能算“智能機床”，Mazak在其“智能機床”的右上角注有“TM”，表示為“商標”。也即它并不需要國際權(quán)威機構(gòu)或人士的認證、批準，也不需要別人評頭論足。Mazak公司在日本、中國、新加坡、美國等設(shè)有8個工廠，全世界設(shè)有10多個技術(shù)中心，2005年其機床銷售總額達15億多美元，已連續(xù)多年居世界第一。這樣大的公司提出的名稱是很慎重且很有份量的。

智能數(shù)控系統(tǒng)控制的機床，自然是智能機床。有趣的是，Okuma并未聲稱它的機床是智能機床。同樣地， Mazak也未聲稱它的系統(tǒng)是智能數(shù)控系統(tǒng)。事實是，這兩家公司均推出了智能機床和智能數(shù)控系統(tǒng)。

智能機床的出現(xiàn)，將使機械制造全面走向高層次(狹義)的智能制造。今后數(shù)控機床的智能水平還將會逐漸提升。