智能机床的研究与发展

　　2006年9月IMTS展上出现的智能机床，标志着机床技术的一次重大革命性发展。文章深入阐述了智能机床的发展历程、成绩和未来的方向。

　　从1952年第一台数控机床问世至今50余年，其中包括走向成熟的30年和走向大规模应用的20余年。数控机床依次分别经历了纳米化、高速化、复合化、五轴联动化等技术发展阶段。而于06年智能机床在国际上的出现，标志着机床技术在发展的道路上迈出的重大步伐。

　　何谓智能机床？智能机床就是对制造过程能够做出决定的机床。智能机床了解制造的整个过程，能够监控，诊断和修正在生产过程中出现的各类偏差。并且能为生产的最优化提供方案。此外，还能计算出所使用的切削刀具，主轴，轴承和导轨的剩余寿命，让使用者清楚其剩余使用时间和替换时间。

　　智能机床发展的意义

　　机床技术发展的前景和目标，是能够实现装备制造业的全盘自动化，由单机自动化向FMC，CIM，CIMS发展，提高加工精度、效率，降低制造成本，为人类创造更多的财富。在实现全盘自动化过程中，需要解决的技术问题异常复杂，不仅要解决代替体力劳动的问题，更要解决代替脑力劳动问题。它包括工艺、刀具、物流、联网、信息存储、控制等。如何用智能化代替人的手工和脑力劳动，是最关键的核心问题。
智能机床的出现，为未来装备制造业实现全盘生产自动化创造了条件。首先，通过自动抑制振动、减少热变形、防止干涉、自动调节润滑油量、减少噪音等，可提高机床的加工精度、效率。其次，对于进一步发展集成制造系统来说，单个机床自动化水平提高后，可以大大减少人在管理机床方面的工作量。人能有更多的精力和时间来解决机床以外的复杂问题，更能进一步发展智能机床和智能系统。第三，数控系统的开发创新，对于机床智能化起到了极其重大的作用。它能够收容大量信息，对各种信息进行储存、分析、处理、判断、调节、优化、控制。它还具有重要功能，如：工夹具数据库、对话型编程、刀具路径检验、工序加工时间分析、开工时间状况解析、实际加工负荷监视、加工导航、调节、优化，以及适应控制。

　　智能机床的发展过程

　　早在上世纪80年代，美国就曾提出研究发展“适应控制”机床，但由于许多自动化环节如自动检测、自动调节、自动补偿等没有解决，虽有各种试验，但进展较慢。后来在电加工机床(EDM)方面，首先实现了“适应控制”，通过对放电间隙、加工工艺参数进行自动选择和调节，以提高机床加工精度、效率和自动化。

　　随后，由美国政府出资创建的机构——智能机床启动平台(SMPI)，一个由公司，政府部门和机床厂商组成的联合体对智能机床进行了加速的研究。

　　而于06年9月在IMTS展会上展出的日本MAZAK公司研发制造的智能机床，则向未来理想的“适应控制”机床方面大大前进了一步。日本这种智能机床具有六大特色：一、有自动抑制振动的功能。二、能自动测量和自动补偿，减少高速主轴、立拄、床身热变形的影响。三、有自动防止刀具和工件碰撞的功能。四、有自动补充润滑油和抑制噪音的功能。五、数控系统具有特殊的人机对话功能，在编程时能在监测画面上显示出刀具轨迹等，进一步提高了切削效率。六、机床故障能进行远距离诊断。

　　智能机床的最新研究成果

　　在IMTS 2006上，日本Mazak公司以“智能机床”(Intelligent Machine)的名称，展出了声称具有四大智能的数控机床；日本Okuma(大隈)公司展出了名为“thinc”的智能数字控制系统(Intelligent Numerical Control System)。

　　Mazak的智能机床：发出信息和进行思考

　　Mazak对智能机床的定义是：机床能对自己进行监控，可自行分析众多与机床、加工状态、环境有关的信息及其他因素，然后自行采取应对措施来保证最优化的加工。换句话说，机床进化到可发出信息和自行进行思考。结果是：机床可自行适应柔性和高效生产系统的要求。当前Mazak的智能机床有以下四大智能：

　　主动振动控制——将振动减至最小；

　　智能热屏障——热位移控制；

　　智能安全屏障——防止部件碰撞；

　　马扎克语音提示——语音信息系统。

　　Okuma的智能机床：具备“思想”

　　Okuma的智能数字控制系统的名称为“thinc”，它是英文“思想”(think)的谐音，表明它具备思想能力。Okuma认为当前经典的数控系统的设计(结构)，执行和使用(design、implementation、use) 三个方面已经过时，对它进行根本性变革的时机已经到来。

　　Okuma说，thinc不仅可在不受人的干预下，对变化了的情况作出“聪明的决策”(smart decision)，还可使机床到了用户厂后，以增量的方式使其功能在应用中自行不断增长，并会更加自适应新的情况和需求，更加容错，更容易编程和使用。总之，在不受人工干预的情况下，机床将为用户带来更高的生产效率。

　　GE Fanuc公司和辛辛那提公司的进展

　　GE Fanuc公司引入的一套监控和分析方案也是智能机床发展的一个例子，这套方案在2006年9月的IMTS 展览会得以展示。一种名为效率机床4.0，基于互联网的方案应运而生，它是通过收集机床和其它设备复杂的基本数据而提供的富有洞察力的、可指出原因的分析方法。它还提供一套远程诊断工具，从而使不出现故障的平均时间最长而用于修理的时间最短。它还能用于计算机维护管理系统中监控不同的现场。智能机床的另一个例子是辛辛那提的多任务加工中心设计的软件，它可探测到B 旋转轴的不平衡条件。装备了SINUMERIK 840D 控制系统，新的平衡传感器监控Z轴发生的错误后准确和迅速地感受到不平衡。探测后，由一套平衡辅助程序通过计算产生出一个显示图，来确定出不平衡的位置所在以及需要进行多少补偿。该技术也已用于Giddings & Lewis的立式车床上。

　　米克朗智能机床模块

　　米克朗系列化的模块(软件和硬件)是该公司在智能机床领域的成果。不同“智能机床”模块的目标是将切削加工过程变得更透明、控制更方便。为此，必须首先建立用户和机床之间的通信。其次，还必须在不同切削加工优化过程中为用户提供工具，以显著改善加工效能。第三，机床必须能独立控制和优化切削过程，从而改善工艺安全性和工件加工质量。

　　米克朗的高级工艺控制系统(APS)模块是一套监视系统，它使用户能观察和控制切削加工过程。它是特为高性能和高速切削而开发的，而且能很好地用于其它切削加工系统。

　　无线通知系统(RNS)

　　“无线通知系统”模块开启了通信和灵活性的新纪元。通过这一系统，用户能接收米克朗加工中心的运行情况信息。通过移动电话的短信形式，用户就能知道机床的操作状态和程序执行状态。

　　全球首创、独家所有的智能操作人员支持系统(OSS)

　　操作人员支持系统(OSS)能根据工件的结构和加工要求，优化加工过程。通过易用的用户界面，用户可以方便地设定目标尺寸、转速、精度和表面光洁度以及工件重量和加工的复杂程度等参数并能随时修改。

　　智能机床的未来

　　21世纪，数控机床将在现有技术基础上，由机械运动的自动化向信息控制的智能化方向发展。其发展速度和高度将取决于人才、科研、创新、合作四个方面。2006年展出的这个世界上第一台智能机床，还需要进一步的完善、提高。如在机、电、液、气、光元件和控制系统方面；在加工工艺参数的自动收集、存储、调节、控制、优化方面；在智能化、网络化、集成化后的可靠性、稳定性、耐用性等方面，都还需要深入研究。 

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