智能制造與智能機(jī)床技術(shù)

寧夏小巨人機(jī)床有限公司 張 偉

今天的制造行業(yè)正面臨著許多問題，例如：產(chǎn)品多樣化、產(chǎn)品壽命周期短和老齡化社會(huì)等。為了解決這些問題，我們已經(jīng)開發(fā)出了多種獨(dú)特的技術(shù)，包括利用經(jīng)驗(yàn)豐富的操作員的專業(yè)知識(shí)，來實(shí)現(xiàn)卓越的生產(chǎn)力和更高的加工精度。多種智能功能為簡(jiǎn)便的操作和最佳的加工效率提供了無與倫比的操作支持。智能化工廠通過便捷的控制、開發(fā)、資源、車間、組裝、銷售和服務(wù)管理，大幅提高了生產(chǎn)力。智能化工廠讓我們能夠及時(shí)核對(duì)所有必要的數(shù)據(jù)，例如機(jī)床的運(yùn)行率、生產(chǎn)情況及機(jī)床報(bào)警的細(xì)節(jié)等。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需要,智能化制造已經(jīng)成為未來制造業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。智能化制造是制造技術(shù)MT和信息技術(shù)IT的融合；其充分利用了傳感器技術(shù)（比如光感應(yīng)、熱感應(yīng)、力感應(yīng)及磁感應(yīng)等），控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等，使得加工設(shè)備具有數(shù)據(jù)分析、智能決策和調(diào)節(jié)控制等功能。

當(dāng)前，世界領(lǐng)先的機(jī)床制造廠商都在大力研發(fā)智能機(jī)床產(chǎn)品，智能化已經(jīng)成為高端數(shù)控機(jī)床的標(biāo)志。機(jī)床智能化解決的主要問題是：

（1）提高加工效率，優(yōu)化切削參數(shù)，抑制振動(dòng)，充分發(fā)揮機(jī)床的潛力。

（2）提高加工精度，防止熱變形、測(cè)量機(jī)床的空間精度并加以自動(dòng)補(bǔ)償。

（3）保證機(jī)床運(yùn)行安全，防止刀具、工件和部件相互碰撞和干涉。

（4）改善人機(jī)界面，擴(kuò)大數(shù)控系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)其他各類輔助加工和管理功能。

智能化機(jī)床技術(shù)

基于以上幾個(gè)方面的目標(biāo)和需求，YAMAZAKI MAZAK（山崎馬扎克）于1981年在世界上首次實(shí)現(xiàn)了以日常用語、并且是以人機(jī)對(duì)話方式進(jìn)行編程，開發(fā)研制出MAZATROL數(shù)控系統(tǒng)。 此后于1998年推出了世界上首次問世的將PC和CNC融為一體的64位CPU數(shù)控系統(tǒng)——MAZATROL FUSION 640，以及目前最新的，并廣泛在MAZAK機(jī)床產(chǎn)品上搭載使用的，具有高度智能化的MAZATROL MATRIX數(shù)控系統(tǒng)。

其智能化功能主要有以下幾個(gè)方面：

1.人機(jī)對(duì)話編程

結(jié)合MAZAK近100年機(jī)床制造和機(jī)械加工的經(jīng)驗(yàn)，在數(shù)控系統(tǒng)中內(nèi)置專家數(shù)據(jù)系統(tǒng)，可根據(jù)加工零件材質(zhì)及形狀描繪，自動(dòng)生成最佳的加工模式，刀具選擇和切削條件參數(shù)。同時(shí)可以在機(jī)床上進(jìn)行模擬加工，確認(rèn)走刀路徑的正確性和模擬加工時(shí)間。大幅降低操作人員編程難度和試加工準(zhǔn)備效率。

2.智能振動(dòng)抑制技術(shù)

可以將機(jī)床加減速引起的機(jī)械振動(dòng)消除，使得機(jī)床振動(dòng)得到抑制。采用加速度計(jì)調(diào)整其時(shí)間常數(shù)與機(jī)械特性匹配（機(jī)械固有振動(dòng)頻率），此時(shí)振動(dòng)比最小。具備了這種功能，加減速時(shí)振動(dòng)抑制在1μm以內(nèi)。這種效果一方面體現(xiàn)在加工表面質(zhì)量的提升，同時(shí)，也能大幅減少刀具的振動(dòng)磨損。

3.智能熱屏障技術(shù)

以機(jī)床溫度為基準(zhǔn)溫度，通過熱變位補(bǔ)償、主軸冷卻裝置同時(shí)控制，使得長(zhǎng)時(shí)間加工精度保持穩(wěn)定。環(huán)境溫度會(huì)快速變化，但機(jī)床本體溫度變化較慢，如果以環(huán)境溫度為基準(zhǔn)控制，不能得到機(jī)床正確的變位狀態(tài)。所以以機(jī)床本體溫度為基準(zhǔn)調(diào)整是最為科學(xué)的方式。

4.虛擬加工（自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)用）

機(jī)床、工件、刀具 3D模型下，實(shí)現(xiàn)加工程序與實(shí)際加工環(huán)境一樣模擬加工。這樣實(shí)際加工前，檢查加工中可能出現(xiàn)的干涉、加工使用的刀具以及實(shí)際機(jī)床模型在模擬加工時(shí)可以實(shí)際顯現(xiàn)。另外，在NC畫面操作后臺(tái)可以進(jìn)行相同的模擬檢查。

5.智能安全保護(hù)（手動(dòng)操作時(shí)用）

手 動(dòng)操作時(shí)的誤操作引起的干涉可以使用此功能來防止。手動(dòng)操作時(shí)，3D模型同時(shí)檢查，干涉前停止。因?yàn)橛?D模型，手動(dòng)操作時(shí)看不見的地方發(fā)生的干涉也可以預(yù)防。有此功能可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床正確的操作動(dòng)作，不用擔(dān)心會(huì)發(fā)生撞車，大大提高加工準(zhǔn)備的效率。

6.智能語音導(dǎo)航

CNC內(nèi)部設(shè)置揚(yáng)聲器，通過真人語音向操作者提示作業(yè)。機(jī)床開機(jī)后從問候語開始到操作注意事項(xiàng)，讓操作人員面對(duì)的不再是冷冰冰的機(jī)器，而是一個(gè)可以互動(dòng)的工作伙伴。

7.智能維護(hù)保養(yǎng)支持

可實(shí)現(xiàn)和具備以下幾個(gè)功能：

（1）機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的記錄，包括自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，停機(jī)準(zhǔn)備時(shí)間，故障維修時(shí)間等，有助于操作和管理人員優(yōu)化工作，提高設(shè)備開動(dòng)率。

（2）機(jī)床部件單元運(yùn)行狀況管理，比如主軸總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，ATC換刀次數(shù)，進(jìn)給軸的總運(yùn)行距離等。并通過預(yù)先設(shè)定更換周期，能到期自動(dòng)提示進(jìn)行備件的更換準(zhǔn)備，最大可能減少設(shè)備故障和停機(jī)時(shí)間。

（3）圖解維修支持，可在機(jī)床發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，顯示畫面自動(dòng)彈跳出故障點(diǎn)的位置、報(bào)警號(hào)和報(bào)警說明。方便維修人員排查故障，即使是對(duì)設(shè)備本身不是很了解。

（4）消耗品管理，可對(duì)各類機(jī)床所需油品（潤滑油，液壓油，冷卻油）、濾網(wǎng)濾芯等消耗品設(shè)定壽命周期，自動(dòng)提醒作業(yè)人員及時(shí)進(jìn)行更換。同時(shí)，也可以自定義設(shè)定個(gè)性化的設(shè)備點(diǎn)檢維護(hù)項(xiàng)目和要求。

（5）主軸運(yùn)轉(zhuǎn)管理，可對(duì)主軸的負(fù)載、溫度及振動(dòng)等進(jìn)行有效監(jiān)控管理，使其可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

8.智能遠(yuǎn)程診斷MAZA－CARE

MAZA－CARE是突破以往的聯(lián)網(wǎng)在線遠(yuǎn)程診斷方式，通過電信3G網(wǎng)絡(luò)建立起用戶機(jī)床和設(shè)備廠家服務(wù)的無線連接。當(dāng)用戶機(jī)床發(fā)生定義范圍內(nèi)的故障報(bào)警時(shí)，報(bào)警信息會(huì)以郵件形式自動(dòng)發(fā)送至MAZAK中國的售后服務(wù)中心；在線服務(wù)中心人員根據(jù)報(bào)警信息和用戶聯(lián)絡(luò)，并通過無線遠(yuǎn)程方式指導(dǎo)客戶排除故障。機(jī)床的故障修復(fù)變得方便，快捷，最大程度縮短了故障停機(jī)時(shí)間。

智能化生產(chǎn)管理軟件

智能化的數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)智能化制造最基本的前提；將技術(shù)、銷售、生產(chǎn)及管理的各個(gè)部門網(wǎng)絡(luò)化，通過在部門之間的信息共享，縮短生產(chǎn)的周期時(shí)間，從而大幅度降低成本。例如，不僅能在加工機(jī)器上從相關(guān)部門獲取或者查詢圖樣信息、加工信息及裝夾信息，還能利用加工機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、進(jìn)展情況等數(shù)據(jù)來進(jìn)行實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理、并且還能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控。MAZAK開發(fā)應(yīng)用了15年歷史的智能生產(chǎn)中心CPC軟件（CYBER PRODUCTION CENTER)，有效地解決了機(jī)械加工工廠最實(shí)際和困擾生產(chǎn)效率的4個(gè)方面問題。

1.MatrixCam智能程序編輯管理

(1)在電腦端使用圖樣導(dǎo)入輔助及人機(jī)對(duì)話的方式編輯機(jī)床切削所需的程序。

(2)程序編制完成可以三維模擬檢查加工程序，展開刀具清單和機(jī)加工時(shí)間。

(3)統(tǒng)一的程序管理功能，同時(shí)可以將程序、工時(shí)、刀具清單等信息進(jìn)行存儲(chǔ)。

(4)程序編輯完成后可以自動(dòng)決定刀具接近位置、自動(dòng)決定切削條件。

2.Cyber Schedule智能日程管理

(1)根據(jù)每臺(tái)機(jī)床的狀況全自動(dòng)排產(chǎn)。

(2)根據(jù)編程軟件計(jì)算出的工時(shí)信息確定完成時(shí)間。

(3)遇到緊急加工的零件可以手工調(diào)整作業(yè)計(jì)劃。

(4)可以將作業(yè)計(jì)劃直接下達(dá)給相關(guān)機(jī)床。

(5)同時(shí)可以把作業(yè)準(zhǔn)備傳遞給機(jī)床。

(6)機(jī)床可在客戶端中填寫制造記錄。

3.Cyber Tool Management智能刀具管理

（1）對(duì)機(jī)床內(nèi)刀具數(shù)據(jù)進(jìn)行同步顯示。

（2）對(duì)每一把刀具的壽命進(jìn)行監(jiān)控。

（3）獨(dú)立的刀具數(shù)據(jù)庫可將工廠內(nèi)所有刀具納入管理。

（4）根據(jù)作業(yè)計(jì)劃為相關(guān)機(jī)床進(jìn)行刀具作業(yè)準(zhǔn)備。

（5）可以在管理端添加或刪除機(jī)床上的刀具信息。

（6）可以跟對(duì)刀儀連接進(jìn)行刀具數(shù)據(jù)更新。

4.Cyber Monitor智能監(jiān)控管理

（1）對(duì)機(jī)床開動(dòng)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

（2）對(duì)每一時(shí)刻的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行記錄。

（3）對(duì)機(jī)床主軸負(fù)載和轉(zhuǎn)速監(jiān)控。

（4）提供各個(gè)機(jī)床之間的開動(dòng)對(duì)比。

（5）實(shí)施狀態(tài)顯示。

（6）郵件報(bào)警功能。

（7）歷史報(bào)警、程序、倍率記錄。

（8）給機(jī)床發(fā)送短消息。

（9）遠(yuǎn)程打開機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)畫面。

在馬扎克集團(tuán)公司，正在實(shí)施將日本的4個(gè)工廠以及美國、英國、新加坡及中國的9個(gè)世界據(jù)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)化，以此來縮短對(duì)客戶的交貨期。同時(shí)，此系統(tǒng)作為工廠管理軟件（智能化生產(chǎn)中心）銷售給客戶，給客戶提供服務(wù)支持。

結(jié)語

智能制造會(huì)給未來的社會(huì)及制造業(yè)帶來什么變化呢？智能化制造的最終目的是提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低制造成本。另外，智能化制造將使制造業(yè)的社會(huì)化分工更專門和明確化。少數(shù)的專業(yè)化人才將進(jìn)行前期大量的智能化裝備設(shè)計(jì)、集成和調(diào)試工作，以及后期的維護(hù)工作。而絕大多數(shù)操作人員降低了其對(duì)專業(yè)知識(shí)和操作技能的更高要求，更容易適應(yīng)和滿足操作性的需要。同時(shí)，智能化與自動(dòng)化是相輔相成的，自動(dòng)化的同步應(yīng)用，將會(huì)大大減少一般性操作人員的數(shù)量?！芭c時(shí)消息、與時(shí)偕行、與時(shí)俱進(jìn)”（ 出自《易經(jīng)》 ），讓我們共同攜手，與時(shí)俱進(jìn)，做好思想和行動(dòng)的準(zhǔn)備，共同步入智能化制造的新時(shí)代。