全球智能機床前景

 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)模應用的20余年。數(shù)控機床依次分別經(jīng)歷了納米化、高速化、復合化、五軸聯(lián)動化等技術發(fā)展階段。而于2006年智能機床在國際上的出現(xiàn)，標志著機床技術在發(fā)展的道路上邁出的重大步伐。
　　何謂智能機床？智能機床就是對制造過程能夠做出決定的機床。智能機床了解制造的整個過程，能夠監(jiān)控，診斷和修正在生產過程中出現(xiàn)的各類偏差，并且能為生產的最優(yōu)化提供方案。此外，還能計算出所使用的切削刀具，主軸，軸承和導軌的剩余壽命，讓使用者清楚其剩余使用時間和替換時間。
一、智能機床發(fā)展的意義
　　機床技術發(fā)展的前景和目標，是能夠實現(xiàn)裝備制造業(yè)的全盤自動化，由單機自動化向FMC，CIM，CIMS發(fā)展，提高加工精度、效率，降低制造成本，為人類創(chuàng)造更多的財富。在實現(xiàn)全盤自動化過程中，需要解決的技術問題異常復雜，不僅要解決代替體力勞動的問題，更要解決代替腦力勞動問題。它包括工藝、刀具、物流、聯(lián)網(wǎng)、信息存儲、控制等。如何用智能化代替人的手工和腦力勞動，是最關鍵的核心問題。
　　智能機床的出現(xiàn)，為未來裝備制造業(yè)實現(xiàn)全盤生產自動化創(chuàng)造了條件。首先，通過自動抑制振動、減少熱變形、防止干涉、自動調節(jié)潤滑油量、減少噪音等，可提高機床的加工精度、效率；其次，對于進一步發(fā)展集成制造系統(tǒng)來說，單個機床自動化水平提高后，可以大大減少人在管理機床方面的工作量，人能有更多的精力和時間來解決機床以外的復雜問題，更能進一步發(fā)展智能機床和智能系統(tǒng)；第三，數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)創(chuàng)新，對于機床智能化起到了極其重大的作用。它能夠收容大量信息，對各種信息進行儲存、分析、處理、判斷、調節(jié)、優(yōu)化、控制。它還具有重要功能，如：工夾具數(shù)據(jù)庫、對話型編程、刀具路徑檢驗、工序加工時間分析、開工時間狀況解析、實際加工負荷監(jiān)視、加工導航、調節(jié)、優(yōu)化，以及適應控制。
二、智能機床的發(fā)展過程
　　早在上世紀80年代，美國就曾提出研究發(fā)展“適應控制”機床，但由于許多自動化環(huán)節(jié)如自動檢測、自動調節(jié)、自動補償?shù)葲]有解決，雖有各種試驗，但進展較慢。后來在電加工機床（EDM）方面，首先實現(xiàn)了“適應控制”，通過對放電間隙、加工工藝參數(shù)進行自動選擇和調節(jié)，以提高機床加工精度、效率和自動化。
　　隨后，由美國政府出資創(chuàng)建的機構——智能機床啟動平臺（SMPI），一個由公司，政府部門和機床廠商組成的聯(lián)合體對智能機床進行了加速的研究。
　　而于2006年9月在IMTS展會上展出的日本MAZAK公司研發(fā)制造的智能機床，則向未來理想的“適應控制”機床方面大大前進了一步。日本這種智能機床具有六大特色：1．有自動抑制振動的功能；2．能自動測量和自動償，減少高速主軸、立拄、床身熱變形的影響；3．有自動防止刀具和工件碰撞的功能；4．有自動補充潤滑油和抑制噪音的功能；5．數(shù)控系統(tǒng)具有特殊的人機對話功能，在編程時能在監(jiān)測畫面上顯示出刀具軌跡等，進一步提高了切削效率；6．機床故障能進行遠距離診斷。
三、智能機床的最新研究成果
　　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）。
　　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)境有關的信息及其他因素，然后自行采取應對措施來保證最優(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。結果是：機床可自行適應柔性和高效生產系統(tǒng)的要求。當前Mazak的智能機床有以下四大智能：
　　1．主動振動控制——將振動減至最��；
　　2．智能熱屏障——熱位移控制；
　　3．智能安全屏障——防止部件碰撞；
　　4．馬扎克語音提示——語音信息系統(tǒng)。
　　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)的設計（結構），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不僅可在不受人的干預下，對變化了的情況作出“聰明的決策”（smart decision），還可使機床到了用戶廠后，以增量的方式使其功能在應用中自行不斷增長，并會更加自適應新的情況和需求，更加容錯，更容易編程和使用�？傊�，在不受人工干預的情況下，機床將為用戶帶來更高的生產效率。
GE Fanuc公司和辛辛那提公司的進展
　　GE Fanuc公司引入的一套監(jiān)控和分析方案也是智能機床發(fā)展的一個例子，這套方案在2006年9月的IMTS 展覽會得以展示。一種名為效率機床4.0，基于互聯(lián)網(wǎng)的方案應運而生，它是通過收集機床和其它設備復雜的基本數(shù)據(jù)而提供的富有洞察力的、可指出原因的分析方法。它還提供一套遠程診斷工具，從而使不出現(xiàn)故障的平均時間最長而用于修理的時間最短。它還能用于計算機維護管理系統(tǒng)中監(jiān)控不同的現(xiàn)場。智能機床的另一個例子是辛辛那提的多任務加工中心設計的軟件，它可探測到B 旋轉軸的不平衡條件。裝備了SINUMERIK 840D 控制系統(tǒng)，新的平衡傳感器監(jiān)控Z軸發(fā)生的錯誤后準確和迅速地感受到不平衡。探測后，由一套平衡輔助程序通過計算產生出一個顯示圖，來確定出不平衡的位置所在以及需要進行多少補償。該技術也已用于Giddings & Lewis的立式車床上。
　　米克朗智能機床模塊
　　米克朗系列化的模塊（軟件和硬件）是該公司在智能機床領域的成果。不同“智能機床”模塊的目標是將切削加工過程變得更透明、控制更方便。為此，必須首先建立用戶和機床之間的通信。其次，還必須在不同切削加工優(yōu)化過程中為用戶提供工具，以顯著改善加工效能。第三，機床必須能獨立控制和優(yōu)化切削過程，從而改善工藝安全性和工件加工質量。
　　米克朗的高級工藝控制系統(tǒng)（APS）模塊是一套監(jiān)視系統(tǒng)，它使用戶能觀察和控制切削加工過程。它是特為高性能和高速切削而開發(fā)的，而且能很好地用于其它切削加工系統(tǒng)。
無線通知系統(tǒng)（RNS）
　　“無線通知系統(tǒng)”模塊開啟了通信和靈活性的新紀元。通過這一系統(tǒng)，用戶能接收米克朗加工中心的運行情況信息。通過移動電話的短信形式，用戶就能知道機床的操作狀態(tài)和程序執(zhí)行狀態(tài)。

　　全球首創(chuàng)、獨家所有的智能操作人員支持系統(tǒng)（OSS）
　　操作人員支持系統(tǒng)（OSS）能根據(jù)工件的結構和加工要求，優(yōu)化加工過程。通過易用的用戶界面，用戶可以方便地設定目標尺寸、轉速、精度和表面光潔度以及工件重量和加工的復雜程度等參數(shù)并能隨時修改。
四、智能機床的未來
　21世紀，數(shù)控機床將在現(xiàn)有技術基礎上，由機械運動的自動化向信息控制的智能化方向發(fā)展。其發(fā)展速度和高度將取決于人才、科研、創(chuàng)新、合作四個方面。2006年展出的這個世界上第一臺智能機床，還需要進一步的完善、提高。如在機、電、液、氣、光元件和控制系統(tǒng)方面；在加工工藝參數(shù)的自動收集、存儲、調節(jié)、控制、優(yōu)化方面；在智能化、網(wǎng)絡化、集成化后的可靠性、穩(wěn)定性、耐用性等方面，都還需要深入研究。