智能数控机床

    20世纪90年代起提出的智能机床，目前还没有一致认可的定义，一般认为：智能加工的机床应具备的基本功能：①感知功能；②决策功能；③控制功能；④通信功能；⑤学习功能等。

    美国国家标准技术研究所(NIST )下属的制造工程实验室(MEL)、美国辛辛那提-朗姆(Cincinnati-Lamb）公司、瑞士的米克朗(Mikron )公司和英国汉普郡大学(New Hampshire)等都对智能机床进行了研究，其中以MEL的定义最具代表性，他们认为智能机床是具有如下功能的数控机床或加工中心：
    (1)能够感知其自身的状态和加工能力并能够进行自我标定。这些信息将以标准协议的形式存储在不同的数据库中，以便机床内部的信息流动、更新和供操作者查询。这主要用于预测机床在不同的状态下所能达到的加工精度。

    (2)能够监视和优化自身的加工行为。它能够发现误差并补偿误差（自校准、自诊断、自修复和自调整），使机床在最佳加工状态下完成加工。更进一步，它所具有的智能组件能够预测出即将出现的故障，以提示机床需要维护和进行远程诊断。

    (3)能够对所加工工件的质量进行评估。它可以根据在加工过程中获得的数据或在线测量的数据估计出最终产品的精度。

    (4)具有自学习的能力。它能够根据加工中和加工后获得的数据（如从测量机上获得的数据）更新机床的应用模型。

    日本在自动化领域的研究一向比较超前和领先，在智能加工、智能机床方面也不例外。其中，Mazak公司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保证最优化的加工。换句话说，智能机床应可以发出信息和自行进行思考，达到自行适应柔性和高效生产系统的要求。

    2003年在米兰举办的EMO展览会上，瑞士米克朗公司首次推出智能机床的概念。智能机床的概念是通过各种功能模块（软件和硬件）来实现的。首先必须通过这些模块建立人与机床互动的通信系统，将大量的加工相关信息提供给操作人员；其次，必须向操作人员提供多种工具使其能优化加工过程，显著改善加工效能；第三，必须能检查机床状态并能独立地优化铣削工艺，提高工艺可靠性和工件加工质量。智能机床模块有

    （1) APS高级工艺控制模块(Advanced Process System)。APS通过铣削中对主轴振动的监测实现对工艺的优化。高速加工中的核心部件电主轴，在高速加工中起着至关重要的作用，其制造精度和加工性能直接影响零件的加工质量。米克朗公司在电主轴中增加振动监测模块，它能实时地记录每一个程序语句在加工时主轴的振动量，并将数据传输给数控系统，工艺人员可通过数控系统显示的实时振动变化了解每个程序段中所给出的切削参数的合理性，从而可以有针对性地优化加工程序。APS模块的优点是：①改进了工件的加工质量；②增加了刀具的使用寿命；③检测刀柄的平衡程度；④识别危险的加工方法；⑤延长主轴的使用寿命；⑥改善加工工艺的可靠性。

    （2）OSS操作者辅助模块（Operator Support System）。OSS模块就像集成在数控系统中的专家系统一样，它是米克朗公司几十年铣削经验的结晶。这套专家系统对于初学者具有极大的帮助作用。在进行一项加工任务之前，操作者可以根据加工任务的具体要求，在数控系统的操作界面中选择速度优先、表面粗糙度优先、加工精度优先还是折中目标，机床根据这些指令调整相关的参数，优化加工程序，从而达到更理想的加工结果。

    （3）SPS主轴保护模块（Spindle Protection System）。传统的故障检修工作都是在发生损坏时才进行的，这导致机床意外减产和维护成本居高不下。预防性维护的前提是能很好地掌握机床和机床零部件状况，而监测主轴工作情况是关键。SPS支持实时检查，因此它使机床可以有效保养和有效检修故障。SPS模块的优点是：①自动监测主轴状况；②能及早发现主轴故障；③最佳地计划故障检修时间，因此可避免主轴失效后的长时间停机。

    (4) ITC智能热控制模块（Intelligent Thermal Control）。高速加工中热量的产生是不可避免的，优质的高速机床会在机械结构和冷却方式上作相关的处理，但不可能百分之百地解决问题。所以在高度精确的切削加工中，通常需要在开机后空载运转一段时间，待机床达到热稳定状态后再开始加工，或者在加工过程中人为地输入补偿值来调整热漂移。米克朗公司通过长期对切削热对加工造成影响的研究，积累了大量的经验数据。内置了这些经验值的ITC模块能自动处理温度变化造成的误差，从而不需要过长的预热时间，也不需要操作人员的手工补偿。

    (5) RNS移动通信模块(Remote Notification System)。为了更好地保障无人化自动加工的安全可靠性，米克朗将移动通信技术运用到机床上。只要给机床配置SIM卡，便可以按照设定的程序，实时地将机床的运行状态（如加工完毕或出现故障等），发送信息到存储在机床联系人表里的相关人员的手机上。

    （6）SIGMA工艺链管理模块（Cell and Workshop Management System）。SIGMA用于生成和管理订单、图样和零件数据，集中管理铣削和电火花加工，定制产品所涉及的技术规格信息。此外，还能收集和管理工件及预定位置处的信息，如用于加工过程的NC程序和工件补偿信息，并将这些信息通过网络提供给其他系统。

    SIGMA模块的功能将根据需要不断地扩展，目前主要是作为车间单元管理模块用于米克朗铣削单元的管理。可根据需要，增加一个或多个测量设备或所需数量的加工中心。最终，整个工艺链全部通过多机管理系统控制。

    通常，SIGMA模块安装在米克朗机床的数控系统上或测量设备计算机上。但如果测量设备负荷较重或机床与测量设备间距离较大的话，建议增加一个终端。由于SIGMA模块采用开放架构，因此，它可以管理所有阿奇夏米尔公司生产的机床。

    智能机床模块可用于所有已运行Heidenhain数控系统的米克朗机床上。有些模块已经成为机床的标准配置，有些模块还属于可选配置，用户可以选择最能提高其铣削工艺的模块。2005年在汉诺威举办的EMO展览会上，更多的机床标上了"Smart Machine"的字样，应用新标准开发的UCP600 Vario加工中心还加装了托盘交换装置和新的刀具交换塔，其柔性化、自动化和智能化程度得到进一步的提高。

    2006年，在美国举办的第26届芝加哥国际机床制造技术展览会(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。这四大智能分别是：

    （1)主动振动控制(Active Vibration Control)—将振动减至最小。切削加工时，各坐标轴运动的加／减速度产生的振动，影响加工精度、表面粗糙度、刀具磨损和加工效率。具有此项智能的机床可使振动减至最小。例如，在进给量为3000mm/min，加速度为0.43g时，最大振幅由4 um减至1um。

    （2)智能热屏障（Intelligent Thermal Shield)—热位移控制。由于机床部件的运动或动作产生的热量及室内温度的变化会产生定位误差，此项智能可对这些误差进行自动补偿，使其值为最小。

     (3)智能安全屏障(Inteligent Safety Shield)—防止部件碰撞。当操作工人为了调整、测量、更换刀具而手动操作机床时，一旦“将”发生碰撞（即在发生碰撞前的一瞬间），运动机床立即自行停止。

    (4)马扎克语音提示（Mazak Voice Adviser)—语音信息系统。当工人手动操作和调整时，用语音进行提示，以减少由于工人失误而造成的问题。

    在IMTS 2006上，日本Okuma公司展出了名为“thinc”的智能数字控制系统(Intelligent Numerical Control System). Okuma公司说将智能数字控制系统定名为"thinc"，是取英文"think"（思想）的谐音，表明它已具备思维能力。
   
    Okuma声称，"thinc"不仅可以在不受人的干预下对变化了的情况做出“聪明的决策”(smart decision)，并且到达用户厂后还会以增量的方式在应用中不断自行增长（不像目前的CNC那样到用户厂后功能就开始“冻结”和过时），变得更加自适应变化的情况和需求，更加容错，更容易编程和使用。总之，在不受人工干预下达到更高的生产率。这一切均不需Okuma介入，用户和机床逐渐走向“自治”（autonomy）。

    Okuma公司还声称，“thinc"是基于PC的，采用的都是国际标准的硬件，操作系统是Windows2000 SP4 0这样，随着计算机技术不断发展，用户可以自行升级换代。