智能制造重點領(lǐng)域之數(shù)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(guī)模擴大，人氣也很興旺，說明了市場形勢仍然看好，因為強國強軍離不開工作母機；然而吸引觀眾目光的靚點，其主線條便是智能制造。

       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(tǒng)CPS（Cyber-PhysicalSystems）。它依仗了大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)和云計算，將計算、通信和控制這三者結(jié)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)已取得階段性進展。DMGMORI的CELOS?，可幫助用戶實現(xiàn)從構(gòu)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，都集成在一個加工任務(wù)包內(nèi)，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(shù)據(jù)和信息都用結(jié)構(gòu)化方式進行管理，因此這些數(shù)據(jù)也可在以后的加工中或重復(fù)訂單中被快速提取沈陽機床的i5是由沈陽機床集團自主研發(fā)的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的智能化系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了運動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)等，為用戶提供操作簡單、兼容性強、可靠性高的智能化數(shù)控產(chǎn)品。

       日本MAZAK在2016CCMT上展出重點當屬順暢加工SMOOTHTECNOLYGE，山崎中國區(qū)的單總再三強調(diào)，這是一種系統(tǒng)技術(shù)，內(nèi)容包括五軸復(fù)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)；自動化柔性生產(chǎn)線；環(huán)境保護及人體工程設(shè)計等七個方面，從技術(shù)到管理幾乎至臻至美，而SmoothX等僅是各款智能數(shù)控系統(tǒng)。

       日本MAZAK

       二、智能機床功能

       為迎合用戶的特殊加工需求，機床制造商會將標準配置的數(shù)控系統(tǒng)進行二次開發(fā)。譬如霍夫曼（上海）公司在擺線切削技術(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。而所謂擺線銑削，是銑刀在切削過程中，刀具不僅是走直線，同時還要走定圓或橢圓復(fù)合運動。這樣切削的嚙合弧就大了，因此隨著嚙合比的減小，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(shù)控走心機在對不銹鋼等硬質(zhì)合金材料進行銑削加工時，加工工藝的創(chuàng)新和改進也甚為重要。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?？紤]到往往加工此類零件待機時間要占據(jù)50%，因此他們采取ROI智能設(shè)計，即采用智能慣量控制，讓機床定移動加快，以整體縮短非切削時間，從而提高生產(chǎn)力。

       ROI智能設(shè)計同時也引入在驅(qū)動工作臺Z軸和回轉(zhuǎn)工作臺B軸，能自動估算工件重量，然后優(yōu)化線性加速度或旋轉(zhuǎn)加速度，以實現(xiàn)最佳的定位或旋轉(zhuǎn)時間，特別在重量較輕時會采用較高的加加速度。

       先進的智能運動控制，實現(xiàn)了進給軸移動的快速、敏捷，最小化特征間的線性定位時間，其達到最大快移速度比市場上同類產(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，始終保持最快的移動速度。

       BTS可視化刀具破損檢測功能可以實時捕獲的刀具影像，一旦發(fā)現(xiàn)刀具破損立即自動停止加工。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，一直通過提供各種軟件來適應(yīng)時代的要求，他們尤其在開發(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，并將工廠內(nèi)的模具管理可視化，從而大幅減少配置操作。此外，通過利用折彎加工機的板厚檢測系統(tǒng)，能自動檢測材料特性，同時采用角度傳感器，故無需進行試折彎。

       ②加工智能化。天田新開發(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，可實現(xiàn)加工最優(yōu)化。根據(jù)該模型定義的加工方法，現(xiàn)場的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收集各加工機將進行何種工序加工、何時進行等定量信息。根據(jù)上述信息，可構(gòu)建使用云環(huán)境始終置于服務(wù)部門監(jiān)視之下的體系。此外，異常信息作為報警信息，向客戶及AMADA服務(wù)部門發(fā)出通知。這樣，客戶可完全放心地使用AMADA的加工機床。

       ④操作智能化。隨著配置及加工的智能化，操作的智能化有了更大的進展。作為操作智能化的最終目標，天田追求的是“OnePushGo”，即現(xiàn)場操作只需1個“執(zhí)行（Go）”按鈕即可進行加工的操作智能化。

       ACIES2512T智能鈑金加工系統(tǒng)

       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系列四爪浮動定心卡盤,由于夾具能自動校準零件，這就為聯(lián)機實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定心卡盤,甚至做到了不用更換卡爪，即可實現(xiàn)圓形零件和方形零件的夾持轉(zhuǎn)換，并在很大程度上減小了零件的變形。數(shù)控走心機配備自動送料機可連續(xù)24小時不間加工，大大節(jié)省人力。

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

       LANG公司還開發(fā)了一個EcoCompact20自動化上下料裝置，整機可在很小的占地面積下可以存儲20個托盤，通過機床自動門或側(cè)面自動窗口連續(xù)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，以適合您車間的自動化生產(chǎn)線機床布局，最大限度地節(jié)省空間。

       兩軸聯(lián)動搖籃式回轉(zhuǎn)工作臺，是5軸聯(lián)動加工中心最常用的附件，煙臺環(huán)球為了使企業(yè)轉(zhuǎn)型升級并滿足市場需求，他們研制成功了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的TK64320兩軸搖籃式直驅(qū)數(shù)控轉(zhuǎn)臺，這次并獲得了“春燕獎”。

       本轉(zhuǎn)臺采用閉環(huán)控制，能實時監(jiān)測機械部分位置誤差和速度誤差，并及時反饋給數(shù)控系統(tǒng)，以確保加工精度和聯(lián)動插補精度。本轉(zhuǎn)臺還采用循環(huán)水冷卻電機，里面有若干個溫度傳感器，可實時監(jiān)測電機溫度和冷卻水溫度，由于確保電機的正常運轉(zhuǎn)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(tǒng)，這是一種具有自動分發(fā)功能的工具柜系統(tǒng)，根據(jù)“即插即用”原則，能按需擴容，最多可疊加至90層的抽屜柜。它通過網(wǎng)絡(luò)接口與公司網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，也可與ERP系統(tǒng)相聯(lián)，并可管理外部儲存地點。柜子可建立自定義的軟件包，使存取工具時間大為縮短。

       所謂智能，即工作人員可先設(shè)定一個最小庫存量，當?shù)毒呦牡揭欢ǔ潭群?，管理系統(tǒng)就會發(fā)出采購新刀具的指令。而每到年度，機柜能自動盤點，不必人工對賬。機柜還可自動設(shè)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(jiān)控

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

       該公司的斯佩拉（Spectra）全方位過程監(jiān)測系統(tǒng)，不僅可以利用機床本身的數(shù)字驅(qū)動數(shù)據(jù)DDD（DigitalDriveData）來進行過程監(jiān)控和優(yōu)化，還可結(jié)合功率傳感器、扭矩傳感器、聲波傳感器和應(yīng)力傳感器等各類傳感器，精準識別刀具磨損、斷裂、缺失等現(xiàn)象，并且也可實施對撞機與振動過載的監(jiān)控保護，該系統(tǒng)甚至能識別直徑為Φ1mm的鉆頭上的細微破損。

       作為簡易版的機床保護與診斷系統(tǒng)，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(nèi)能采集3200多個測量數(shù)據(jù)，自帶內(nèi)置溫感計，并且抗震、防污、穩(wěn)定性高。普銳斯系統(tǒng)又分移動版和固定版。移動版也是該公司的一大亮點，其特點是拆裝方便，適用多臺機床，可快速進行機器狀態(tài)及故障的診斷、識別機器部件的磨損、優(yōu)化加工參數(shù)，如同機器的聽診器，是維修檢驗的理想幫手。固定版則只能嵌入一臺機床，進行全自動的撞機和振動過載保護，響應(yīng)時間不超過1ms，如同機器的安全氣囊。經(jīng)加以對應(yīng)的PLC調(diào)試后，還可增加機床自我診斷功能。普銳斯系統(tǒng)能實時對測量信號進行3維快速傅立葉轉(zhuǎn)換（FFT），測量精度達0.01m/s2。該系統(tǒng)還具備記錄儀功能，能記錄加工過程中所有異常事件。所記錄的數(shù)據(jù)不僅可以供離線分析，還能通過外接通訊系統(tǒng)全球調(diào)取。

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