浅析智能机床发展

发布时间：2017-11-05 作者：陈长年李雷来源：汽车工艺师

关键字：智能机床机床

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现代制造业竞争力强弱，突出表现在是否充分利用新兴信息化技术提升工业的智能化应用水平。因此，制造业将信息技术不断深入应用到产品设计、生产、装配和服务的各个环节。智能机床正是在信息技术不断深入应用下的产物。它利用传感技术和基于大数据的知识储备，实现智能操控和决策，成为智能工厂乃至智能制造的重要组成部分。

智能机床发展

如何定义智能机床，它能解决那些问题？通过对国内外智能机床的了解，我们认为它需要明确四个问题，即目标、感知、决策和执行。在目标明确下，智能机床能对自己进行监控，可自行分析众多与加工状态环境的相关因素，最后自行采取应对措施来保证最优化的加工效果。简单地说，机床可自适应柔性和高效生产系统的要求，如实现生产线自动控制、工件自动调度、自动监控，部分关键工序实现工件质量自动检测，刀具实现在线磨损监控，自动补偿和自动报警等。

国外智能机床的发展趋势

在国外众多智能机床中，我们撷取特点突出的三家公司的产品进行简要介绍。

MAZAK 公司的“Smooth Technology”(流畅技术)体现了智能机床的最新发展。其数控系统MAZATROL Smooth配备Windows8 PC的数控系统以及先进软件，极大地提高了加工效率。通过控制直线轴和转动轴的最佳加速度，使5轴联动加工的效率提高30%；利用简单调谐功能，可根据加工工件自由调整加速度、转角精度、平滑度等参数，使之最优化。客户自身可简单方便地进行加工时间优先、加工面精度优先、或加工形状优先等个性化选择。此外，还具有“全面工厂经营支持”功能：通过开放的系统结构设计，借助智能手机、平板电脑等外部终端对设备的运转状况进行监控。

机床在运行过程中，振动和温升往往是影响加工质量和加工效率的因素。大隈公司的OSP系统针对这两个问题开发的智能模块，通过抑制温升保证了加工稳定性；通过选择振动区间，保证了零件精度和表面光洁度；通过模拟加工条件，避免撞击，保障加工安全的同时大幅缩短停机准备时间。

以下就主要智能技术模块做一简单介绍。

振动智能模块

机床的各坐标轴加、减速时产生的振动，直接影响加工精度、表面粗糙度、刀尖磨损和加工时间，主动振动控制模块可使机床振动减至最小。例如，日本MAZAK公司智能机床，在采用主动振动控制技术后，进给量为3000mm/min，加速度为0.43g时，振幅由4μm减至1μm，见图1、图2。

再如大隈公司开发的Machining Navi工具。利用轴转速与振动之间振动区域（不稳定区域）和不振动区域（稳定区域）交互出现这种周期性变化，搜索出最佳加工条件，最大限度地发挥机床与刀具的能力。这个模块具有2项铣削和1项车削智能加工条件搜索。

其中铣削功能Machining Navi M-i是针对铣削主轴转速的自动控制。工作流程为：自动进行传感器振动测定—最佳主轴转速计算—主轴转速指令的变更。

另外一个铣削功能Machining Navi M-g是铣削主轴转速优化选择。根据传感器收集的振动音频信号，将多个最佳主轴转速候补值显示在画面上，然后通过触摸变更到所显示的最佳主轴转速，便可快捷地确认其效果。

此外，应用在车床的技术Machining Navi L-g通过调节主轴转速和变化频率，按照最佳的幅度和周期变化，从而抑制车削时的加工振动。车削主轴转速的自动控制则通过自动调节主轴，达到最佳车削效果。下图显示使用Machining Navi L-g前后对比情况。

智能热补偿系统ITC

高速加工中不可避免会产生大量热量，即便在机械结构和冷却方式上作相关处理，但仍然不能百分之百解决问题。所以在高度精确的加工中，机床操作人员通常需要在开机后等上一段时间，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。

瑞士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智能热控制模块能自动处理温度变化造成的误差，图6。

大隈公司考虑到工件的加工精度会因“机床周围的温度变化”、“机床产生的热量”、“加工产生的热量”出现较大变化，提出了Thermo-Friendly Concept热亲和概念，并借助机床结构的高精度热位移补偿技术，热位移结构对称技术、温度分布均匀分布设计，使用户不必采取特殊措施，便能在普通的工厂环境中实现高精度加工。

在机床结构的设计上，大隈采用了对称结构、箱式组合结构和热均衡结构，如下图。

大隈公司的高精度热变形补偿技术包括主轴热位移控制Thermo Active Stabilizer-Spindle，简称TAS-S和环境热位移控制Thermo Active Stabilizer-Condition，简称TAS-C两项技术。

主轴热位移控制技术针对主轴在旋转时和停止时会产生很大热位移的问题，它不仅令主轴产生变化，而且直接影响加工精度。TAS-S功能考虑到主轴温度、主轴旋转、主轴转速变化、主轴停止等各种状态，即使转速频繁发生变化，也能准确地控制主轴的热位移。

在环境温度变化的情况下进行加工，加上机床构造的热位移、工件在工作台上的装卡位置以及工件大小都会影响加工尺寸。环境热位移控制功能TAS-C根据机床的热位移特性，利用布置恰当的传感器所感知的温度信息，和进给轴的位置信息，推测出机床构件的热位移，并进行准确补偿。

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第1页：浅析智能机床发展(1)
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