智能制造重點(diǎn)領(lǐng)域之數控機床

       當今世界經(jīng)濟形勢低迷，制造業(yè)也不景氣。可這次CCMT機床展居然規模擴大，人氣也很興旺，說(shuō)明了市場(chǎng)形勢仍然看好，因為強國強軍離不開(kāi)工作母機；然而吸引觀(guān)眾目光的靚點(diǎn)，其主線(xiàn)條便是智能制造。

       一、智能網(wǎng)絡(luò )制造

       炒得沸沸揚揚的德國工業(yè)4.0，其核心優(yōu)勢便是智能（網(wǎng)絡(luò )、信息）物理系統CPS（Cyber-PhysicalSystems）。它依仗了大數據、網(wǎng)絡(luò )和云計算，將計算、通信和控制這三者結合于一體，在機床制造領(lǐng)域也碩果累累。

       當今三大機床巨頭的網(wǎng)絡(luò )智能技術(shù)已取得階段性進(jìn)展。DMGMORI的CELOS?，可幫助用戶(hù)實(shí)現從構思到成品的全方位加工需求。機床能將所有與生產(chǎn)相關(guān)信息，都集成在一個(gè)加工任務(wù)包內，并立即顯示在“任務(wù)管理器”中。加工任務(wù)單所需的所有文檔，數據和信息都用結構化方式進(jìn)行管理，因此這些數據也可在以后的加工中或重復訂單中被快速提取沈陽(yáng)機床的i5是由沈陽(yáng)機床集團自主研發(fā)的具有完全自主知識產(chǎn)權的智能化系統。該系統集成了運動(dòng)控制技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和信息技術(shù)等，為用戶(hù)提供操作簡(jiǎn)單、兼容性強、可靠性高的智能化數控產(chǎn)品。

       日本MAZAK在2016CCMT上展出重點(diǎn)當屬順暢加工SMOOTHTECNOLYGE，山崎中國區的單總再三強調，這是一種系統技術(shù)，內容包括五軸復合加工技術(shù)；高速、高精度技術(shù)；智能化技術(shù)；網(wǎng)絡(luò )技術(shù)；自動(dòng)化柔性生產(chǎn)線(xiàn)；環(huán)境保護及人體工程設計等七個(gè)方面，從技術(shù)到管理幾乎至臻至美，而SmoothX等僅是各款智能數控系統。

       日本MAZAK

       二、智能機床功能

       為迎合用戶(hù)的特殊加工需求，機床制造商會(huì )將標準配置的數控系統進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。譬如霍夫曼（上海）公司在擺線(xiàn)切削技術(shù)上的創(chuàng )新，在通常的銑削加工中，如果使用立銑刀，那么切削寬度就是銑刀的直徑D，刀具走的路徑是直線(xiàn)。而所謂擺線(xiàn)銑削，是銑刀在切削過(guò)程中，刀具不僅是走直線(xiàn)，同時(shí)還要走定圓或橢圓復合運動(dòng)。這樣切削的嚙合弧就大了，因此隨著(zhù)嚙合比的減小，刀具的阻力與磨損就減小，所以銑削的速度可加快切削力減小，刀具可切得更深，銑削范圍也就更寬了。

       這種切削工藝創(chuàng )新，使得銑削變得更高效了。特別適宜對高硬材料零件、不銹鋼以及高超合金等零件加工。數控走心機在對不銹鋼等硬質(zhì)合金材料進(jìn)行銑削加工時(shí)，加工工藝的創(chuàng )新和改進(jìn)也甚為重要。當然，智能切削需要卓越的高檔軟件予以支撐，以力求確保刀具每齒切削量為恒值。這成果是霍夫曼與海德漢、SolidCAM以及HURCO等公司聯(lián)合研制而成的。

       日本牧野MAKINO的a40臥式加工中心，是為解決鋁及鋁合金壓鑄行業(yè)特殊需求而研發(fā)的。考慮到往往加工此類(lèi)零件待機時(shí)間要占據50%，因此他們采取ROI智能設計，即采用智能慣量控制，讓機床定移動(dòng)加快，以整體縮短非切削時(shí)間，從而提高生產(chǎn)力。

       ROI智能設計同時(shí)也引入在驅動(dòng)工作臺Z軸和回轉工作臺B軸，能自動(dòng)估算工件重量，然后優(yōu)化線(xiàn)性加速度或旋轉加速度，以實(shí)現最佳的定位或旋轉時(shí)間，特別在重量較輕時(shí)會(huì )采用較高的加加速度。

       先進(jìn)的智能運動(dòng)控制，實(shí)現了進(jìn)給軸移動(dòng)的快速、敏捷，最小化特征間的線(xiàn)性定位時(shí)間，其達到最大快移速度比市場(chǎng)上同類(lèi)產(chǎn)品快1/3。而智能鉆孔功能更是優(yōu)化路徑，縮短圓弧間的移動(dòng)，始終保持最快的移動(dòng)速度。

       BTS可視化刀具破損檢測功能可以實(shí)時(shí)捕獲的刀具影像，一旦發(fā)現刀具破損立即自動(dòng)停止加工。該檢測方式為非接觸式，僅需0.1秒，比接觸式探頭檢測快0.6秒。

       這種智能化機床功能，同樣也反映在金屬成形機床之中，天田AMADA很早就意識到軟件、網(wǎng)絡(luò )的重要性，一直通過(guò)提供各種軟件來(lái)適應時(shí)代的要求，他們尤其在開(kāi)發(fā)智能化軟件方面下了不少功夫，具體反映在：

       ①配置智能化。天田不僅對沖切模具ID化，還對折彎模具也ID化，并將工廠(chǎng)內的模具管理可視化，從而大幅減少配置操作。此外，通過(guò)利用折彎加工機的板厚檢測系統，能自動(dòng)檢測材料特性，同時(shí)采用角度傳感器，故無(wú)需進(jìn)行試折彎。

       ②加工智能化。天田新開(kāi)發(fā)了獨創(chuàng )的SEM鈑金加工模型。該模型全部保留鈑金加工所需的加工屬性、加工工序，可實(shí)現加工最優(yōu)化。根據該模型定義的加工方法，現場(chǎng)的AMNC加工機可選擇最優(yōu)加工條件、模具及加工順序。

       ③維護智能化。利用AMNC收集各加工機將進(jìn)行何種工序加工、何時(shí)進(jìn)行等定量信息。根據上述信息，可構建使用云環(huán)境始終置于服務(wù)部門(mén)監視之下的體系。此外，異常信息作為報警信息，向客戶(hù)及AMADA服務(wù)部門(mén)發(fā)出通知。這樣，客戶(hù)可完全放心地使用AMADA的加工機床。

       ④操作智能化。隨著(zhù)配置及加工的智能化，操作的智能化有了更大的進(jìn)展。作為操作智能化的最終目標，天田追求的是“OnePushGo”，即現場(chǎng)操作只需1個(gè)“執行（Go）”按鈕即可進(jìn)行加工的操作智能化。

       ACIES2512T智能鈑金加工系統

       三、智能機床附件

       在金切機床領(lǐng)域，機床、刀具和夾具是三大要素。德國幾家專(zhuān)業(yè)夾貝制造商的展品是值得一提的。如HWR公司的InoFlex系列四爪浮動(dòng)定心卡盤(pán),由于夾具能自動(dòng)校準零件，這就為聯(lián)機實(shí)行高效智能化成為可能。一家名為Schwarzer公司，由于采用了這種四爪浮動(dòng)定心卡盤(pán),甚至做到了不用更換卡爪，即可實(shí)現圓形零件和方形零件的夾持轉換，并在很大程度上減小了零件的變形。數控走心機配備自動(dòng)送料機可連續24小時(shí)不間加工，大大節省人力。

       德國LANG牌咬合式夾持技術(shù)，可以使夾緊無(wú)需任何止位,并以Makro.Grip定心虎鉗的緊湊結構為五軸加工創(chuàng )造最大效益。

       LANG公司還開(kāi)發(fā)了一個(gè)EcoCompact20自動(dòng)化上下料裝置，整機可在很小的占地面積下可以存儲20個(gè)托盤(pán)，通過(guò)機床自動(dòng)門(mén)或側面自動(dòng)窗口連續向機床供料和收回已加工完的產(chǎn)品，有多種安裝方式可選，以適合您車(chē)間的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)機床布局，最大限度地節省空間。

       兩軸聯(lián)動(dòng)搖籃式回轉工作臺，是5軸聯(lián)動(dòng)加工中心最常用的附件，煙臺環(huán)球為了使企業(yè)轉型升級并滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，他們研制成功了具有自主知識產(chǎn)權的TK64320兩軸搖籃式直驅數控轉臺，這次并獲得了“春燕獎”。

       本轉臺采用閉環(huán)控制，能實(shí)時(shí)監測機械部分位置誤差和速度誤差，并及時(shí)反饋給數控系統，以確保加工精度和聯(lián)動(dòng)插補精度。本轉臺還采用循環(huán)水冷卻電機，里面有若干個(gè)溫度傳感器，可實(shí)時(shí)監測電機溫度和冷卻水溫度，由于確保電機的正常運轉和水溫恒定，故而可減少由于溫度的變化造成的機械部件的熱變型，所以加工精度高、零件一致性好。

       有趣的是，在智能技術(shù)日新月異的今天，連工具柜也是智能型的。德國霍夫曼刀具這次展出了一種GARANTTOOL24Smartline系統，這是一種具有自動(dòng)分發(fā)功能的工具柜系統，根據“即插即用”原則，能按需擴容，最多可疊加至90層的抽屜柜。它通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口與公司網(wǎng)絡(luò )相聯(lián)，也可與ERP系統相聯(lián)，并可管理外部?jì)Υ娴攸c(diǎn)。柜子可建立自定義的軟件包，使存取工具時(shí)間大為縮短。

       所謂智能，即工作人員可先設定一個(gè)最小庫存量，當刀具消耗到一定程度后，管理系統就會(huì )發(fā)出采購新刀具的指令。而每到年度，機柜能自動(dòng)盤(pán)點(diǎn)，不必人工對賬。機柜還可自動(dòng)設置修磨后的刀具先使用指令，不與新刀混淆。如果有工具借出，也可追溯，記錄表述得清清楚楚。

       四、機床智能監控

       德國Motroni的智能監控系統，是去年米蘭EMO展紅極一時(shí)的展品。

       該公司的斯佩拉（Spectra）全方位過(guò)程監測系統，不僅可以利用機床本身的數字驅動(dòng)數據DDD（DigitalDriveData）來(lái)進(jìn)行過(guò)程監控和優(yōu)化，還可結合功率傳感器、扭矩傳感器、聲波傳感器和應力傳感器等各類(lèi)傳感器，精準識別刀具磨損、斷裂、缺失等現象，并且也可實(shí)施對撞機與振動(dòng)過(guò)載的監控保護，該系統甚至能識別直徑為Φ1mm的鉆頭上的細微破損。

       作為簡(jiǎn)易版的機床保護與診斷系統，普銳斯（PulseNG）系列產(chǎn)品的性能也值得一提。其所配置的測振三軸加速度傳感器在一秒內能采集3200多個(gè)測量數據，自帶內置溫感計，并且抗震、防污、穩定性高。普銳斯系統又分移動(dòng)版和固定版。移動(dòng)版也是該公司的一大亮點(diǎn)，其特點(diǎn)是拆裝方便，適用多臺機床，可快速進(jìn)行機器狀態(tài)及故障的診斷、識別機器部件的磨損、優(yōu)化加工參數，如同機器的聽(tīng)診器，是維修檢驗的理想幫手。固定版則只能嵌入一臺機床，進(jìn)行全自動(dòng)的撞機和振動(dòng)過(guò)載保護，響應時(shí)間不超過(guò)1ms，如同機器的安全氣囊。經(jīng)加以對應的PLC調試后，還可增加機床自我診斷功能。普銳斯系統能實(shí)時(shí)對測量信號進(jìn)行3維快速傅立葉轉換（FFT），測量精度達0.01m/s2。該系統還具備記錄儀功能，能記錄加工過(guò)程中所有異常事件。所記錄的數據不僅可以供離線(xiàn)分析，還能通過(guò)外接通訊系統全球調取。

       在當今，究竟什么是智能，這個(gè)確切定義還在探索，不過(guò)在新工業(yè)革命時(shí)代，智能制造肯定是制造業(yè)的一個(gè)發(fā)展方向。