智能機(jī)床的研究與發(fā)展

2006年9月IMTS展上出現(xiàn)的智能機(jī)床，標(biāo)志著機(jī)床技術(shù)的一次重大革命性發(fā)展惶芒。文章深入闡述了智能機(jī)床的發(fā)展歷程燎匪、成績和未來的方向。

從1952年第一臺數(shù)控機(jī)床問世至今50余年箕径，其中包括走向成熟的30年和走向大規(guī)模應(yīng)用的20余年陡料。數(shù)控機(jī)床依次分別經(jīng)歷了納米化冯爷、高速化迅督、復(fù)合化、五軸聯(lián)動化等技術(shù)發(fā)展階段昆畜。而于06年智能機(jī)床在國際上的出現(xiàn)胃症，標(biāo)志著機(jī)床技術(shù)在發(fā)展的道路上邁出的重大步伐。

何謂智能機(jī)床向瓶？智能機(jī)床就是對制造過程能夠做出決定的機(jī)床肢椅。智能機(jī)床了解制造的整個過程，能夠監(jiān)控脱每，診斷和修正在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各類偏差害唧。并且能為生產(chǎn)的最優(yōu)化提供方案朗涩。此外，還能計算出所使用的切削刀具绑改，主軸谢床，軸承和導(dǎo)軌的剩余壽命，讓使用者清楚其剩余使用時間和替換時間厘线。

智能機(jī)床發(fā)展的意義

機(jī)床技術(shù)發(fā)展的前景和目標(biāo)识腿，是能夠?qū)崿F(xiàn)裝備制造業(yè)的全盤自動化，由單機(jī)自動化向FMC造壮，CIM渡讼，CIMS發(fā)展，提高加工精度耳璧、效率成箫，降低制造成本，為人類創(chuàng)造更多的財富楞抡。在實現(xiàn)全盤自動化過程中伟众，需要解決的技術(shù)問題異常復(fù)雜，不僅要解決代替體力勞動的問題召廷，更要解決代替腦力勞動問題凳厢。它包括工藝、刀具二焰、物流纹站、聯(lián)網(wǎng)、信息存儲谣旨、控制等泌位。如何用智能化代替人的手工和腦力勞動，是最關(guān)鍵的核心問題尘蟋。

智能機(jī)床的出現(xiàn)酒妄，為未來裝備制造業(yè)實現(xiàn)全盤生產(chǎn)自動化創(chuàng)造了條件。首先巍也，通過自動抑制振動蜜硫、減少熱變形、防止干涉兵蟹、自動調(diào)節(jié)潤滑油量谚碌、減少噪音等，可提高機(jī)床的加工精度笆抱、效率广料。其次，對于進(jìn)一步發(fā)展集成制造系統(tǒng)來說，單個機(jī)床自動化水平提高后艾杏，可以大大減少人在管理機(jī)床方面的工作量韧衣。人能有更多的精力和時間來解決機(jī)床以外的復(fù)雜問題，更能進(jìn)一步發(fā)展智能機(jī)床和智能系統(tǒng)购桑。第三汹族，數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)創(chuàng)新，對于機(jī)床智能化起到了極其重大的作用其兴。它能夠收容大量信息顶瞒，對各種信息進(jìn)行儲存、分析元旬、處理榴徐、判斷、調(diào)節(jié)匀归、優(yōu)化坑资、控制。它還具有重要功能毯舞，如：工夾具數(shù)據(jù)庫爹故、對話型編程、刀具路徑檢驗沥院、工序加工時間分析妹茬、開工時間狀況解析、實際加工負(fù)荷監(jiān)視篇胰、加工導(dǎo)航泳唇、調(diào)節(jié)、優(yōu)化殃描，以及適應(yīng)控制夜勋。

智能機(jī)床的發(fā)展過程

早在上世紀(jì)80年代，美國就曾提出研究發(fā)展“適應(yīng)控制”機(jī)床扒哩，但由于許多自動化環(huán)節(jié)如自動檢測聚伤、自動調(diào)節(jié)、自動補(bǔ)償?shù)葲]有解決虱怖，雖有各種試驗坠天，但進(jìn)展較慢。后來在電加工機(jī)床(EDM)方面威恼，首先實現(xiàn)了“適應(yīng)控制”品姓，通過對放電間隙寝并、加工工藝參數(shù)進(jìn)行自動選擇和調(diào)節(jié)箫措，以提高機(jī)床加工精度、效率和自動化。

隨后斤蔓，由美國政府出資創(chuàng)建的機(jī)構(gòu)——智能機(jī)床啟動平臺(SMPI)植酥，一個由公司，政府部門和機(jī)床廠商組成的聯(lián)合體對智能機(jī)床進(jìn)行了加速的研究弦牡。

而于06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(jī)床友驮，則向未來理想的“適應(yīng)控制”機(jī)床方面大大前進(jìn)了一步。日本這種智能機(jī)床具有六大特色：一驾锰、有自動抑制振動的功能卸留。二、能自動測量和自動補(bǔ)償椭豫，減少高速主軸耻瑟、立拄、床身熱變形的影響宛殉。三溃墨、有自動防止刀具和工件碰撞的功能。四希镶、有自動補(bǔ)充潤滑油和抑制噪音的功能擂益。五、數(shù)控系統(tǒng)具有特殊的人機(jī)對話功能欲返，在編程時能在監(jiān)測畫面上顯示出刀具軌跡等翻妆，進(jìn)一步提高了切削效率。六欧纬、機(jī)床故障能進(jìn)行遠(yuǎn)距離診斷马榆。

智能機(jī)床的最新研究成果

在IMTS 2006上，日本Mazak公司以“智能機(jī)床”(Intelligent Machine)的名稱啃碗，展出了聲稱具有四大智能的數(shù)控機(jī)床庞吆；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(jī)床：發(fā)出信息和進(jìn)行思考
Mazak對智能機(jī)床的定義是：機(jī)床能對自己進(jìn)行監(jiān)控荞看，可自行分析眾多與機(jī)床弄察、加工狀態(tài)、環(huán)境有關(guān)的信息及其他因素需纳，然后自行采取應(yīng)對措施來保證最優(yōu)化的加工芦倒。換句話說，機(jī)床進(jìn)化到可發(fā)出信息和自行進(jìn)行思考不翩。結(jié)果是：機(jī)床可自行適應(yīng)柔性和高效生產(chǎn)系統(tǒng)的要求兵扬。當(dāng)前Mazak的智能機(jī)床有以下四大智能：
1. 主動振動控制——將振動減至最小口蝠；
2. 智能熱屏障——熱位移控制器钟；
3. 智能安全屏障——防止部件碰撞津坑；
4. 馬扎克語音提示——語音信息系統(tǒng)。
Okuma的智能機(jī)床：具備“思想”
Okuma的智能數(shù)字控制系統(tǒng)的名稱為“thinc”傲霸，它是英文“思想”(think)的諧音疆瑰，表明它具備思想能力。Okuma認(rèn)為當(dāng)前經(jīng)典的數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(結(jié)構(gòu))昙啄，執(zhí)行和使用(design穆役、implementation、use) 三個方面已經(jīng)過時梳凛，對它進(jìn)行根本性變革的時機(jī)已經(jīng)到來聘楞。
Okuma說，thinc不僅可在不受人的干預(yù)下旷吱，對變化了的情況作出“聰明的決策”(smart decision)撕第，還可使機(jī)床到了用戶廠后，以增量的方式使其功能在應(yīng)用中自行不斷增長取蓝，并會更加自適應(yīng)新的情況和需求抓深，更加容錯，更容易編程和使用芥斋≌寮牵總之，在不受人工干預(yù)的情況下趋沧，機(jī)床將為用戶帶來更高的生產(chǎn)效率盈械。
GE Fanuc公司和辛辛那提公司的進(jìn)展
GE Fanuc公司引入的一套監(jiān)控和分析方案也是智能機(jī)床發(fā)展的一個例子，這套方案在2006年9月的IMTS 展覽會得以展示妻诚。一種名為效率機(jī)床4.0案贩，基于互聯(lián)網(wǎng)的方案應(yīng)運而生，它是通過收集機(jī)床和其它設(shè)備復(fù)雜的基本數(shù)據(jù)而提供的富有洞察力的愤厦、可指出原因的分析方法攒庵。它還提供一套遠(yuǎn)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败晴。它還能用于計算機(jī)維護(hù)管理系統(tǒng)中監(jiān)控不同的現(xiàn)場浓冒。智能機(jī)床的另一個例子是辛辛那提的多任務(wù)加工中心設(shè)計的軟件，它可探測到B 旋轉(zhuǎn)軸的不平衡條件尖坤。裝備了SINUMERIK 840D 控制系統(tǒng)稳懒，新的平衡傳感器監(jiān)控Z軸發(fā)生的錯誤后準(zhǔn)確和迅速地感受到不平衡。探測后慢味，由一套平衡輔助程序通過計算產(chǎn)生出一個顯示圖场梆，來確定出不平衡的位置所在以及需要進(jìn)行多少補(bǔ)償。該技術(shù)也已用于Giddings & Lewis的立式車床上纯路。
米克朗智能機(jī)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(jī)床領(lǐng)域的成果或油。不同“智能機(jī)床”模塊的目標(biāo)是將切削加工過程變得更透明寞忿、控制更方便。為此装哆，必須首先建立用戶和機(jī)床之間的通信。其次定嗓，還必須在不同切削加工優(yōu)化過程中為用戶提供工具昆秩，以顯著改善加工效能。第三长恒，機(jī)床必須能獨立控制和優(yōu)化切削過程聂帜，從而改善工藝安全性和工件加工質(zhì)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)北取，它使用戶能觀察和控制切削加工過程涡趟。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)涯翠。
1. 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(jì)元衬朗。通過這一系統(tǒng)暮态，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(jī)床的操作狀態(tài)和程序執(zhí)行狀態(tài)镇防。
2. 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(jié)構(gòu)和加工要求吠谐，優(yōu)化加工過程娘瞻。通過易用的用戶界面，用戶可以方便地設(shè)定目標(biāo)尺寸找田、轉(zhuǎn)速歌憨、精度和表面光潔度以及工件重量和加工的復(fù)雜程度等參數(shù)并能隨時修改。

智能機(jī)床的未來

21世紀(jì)墩衙，數(shù)控機(jī)床將在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上务嫡，由機(jī)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漆改、科研植袍、創(chuàng)新、合作四個方面籽懦。2006年展出的這個世界上第一臺智能機(jī)床于个，還需要進(jìn)一步的完善、提高暮顺。如在機(jī)厅篓、電、液捶码、氣羽氮、光元件和控制系統(tǒng)方面或链；在加工工藝參數(shù)的自動收集、存儲舀美、調(diào)節(jié)嚎衡、控制、優(yōu)化方面玉桅；在智能化漓荞、網(wǎng)絡(luò)化、集成化后的可靠性掷锻、穩(wěn)定性拟卢、耐用性等方面，都還需要深入研究蔑来。

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