數(shù)控機(jī)床智能化技術(shù)研究
2012-12-31 00:00:00辛忠權(quán)
【摘 要】智能機(jī)床的出現(xiàn)，為未來裝備制造業(yè)實(shí)現(xiàn)全盤生產(chǎn)自動化創(chuàng)造了條件。為了加快產(chǎn)品智能化改進(jìn)的步伐，本文以“第七屆中國數(shù)控機(jī)床展覽會”展出的智能化成果為例，從人性化操作界面設(shè)計(jì)的角度，對數(shù)控機(jī)床智能化的發(fā)展進(jìn)行研究。
【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床；智能化；操作界面
0.引言
進(jìn)入21世紀(jì)，世界機(jī)床技術(shù)快速向前發(fā)展，在精度、效率、自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化方面，都出現(xiàn)了新的飛躍。在2006年9月6日到13日美國舉辦的展覽會上，日本MAZAK公司第一次展出了智能機(jī)床，這是一個重大突破。在今后一段時(shí)間內(nèi)，這種類似的綜合性智能化機(jī)床引領(lǐng)世界機(jī)床技術(shù)進(jìn)入了一個新的發(fā)展領(lǐng)域。
1.智能機(jī)床具有的六大特色
1）數(shù)控系統(tǒng)具有特殊的人機(jī)對話功能，在編程時(shí)能在監(jiān)測畫面上顯示出刀具軌跡等，進(jìn)一步提高切削效率。
2）有自動防止刀具和工件碰撞的功能，能大大減少突發(fā)事故，提高機(jī)床工作的可靠性。
3）機(jī)床故障能進(jìn)行遠(yuǎn)距離診斷。
4）有自動抑制振動的功能，在高速加工過程中，該機(jī)能自動抑制振動，大大提高了加工精度。
5）有自動補(bǔ)充潤滑油和抑制噪音的功能，能大大改善工作條件。
6）能自動測量和自動補(bǔ)償，減少高速主軸、立柱、床身熱變形對機(jī)床的影響，使機(jī)床加工精度大大提高。
2.“第七屆中國數(shù)控機(jī)床展覽會”的智能成果
2012年4月16日至20日，“第七屆中國數(shù)控機(jī)床展覽會”在我國南京“國際博覽中心”隆重舉行。本屆展會，智能化技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，機(jī)床制造商二次開發(fā)能力都有了很大的提高，很多公司都展示了最新的智能化產(chǎn)品。從普及的結(jié)果可以看出，數(shù)控機(jī)床智能化技術(shù)的研究方向有以下幾點(diǎn)：
2.1智能化加工技術(shù)
智能化加工技術(shù)主要包括虛擬機(jī)床技術(shù)，工藝參數(shù)修改與選擇以及自動加工生產(chǎn)線等技術(shù)。
（1）哈斯智能化的控制系統(tǒng)能夠監(jiān)控刀具的主軸負(fù)載，當(dāng)主軸負(fù)載超過設(shè)定的數(shù)值時(shí)，機(jī)床能夠自動調(diào)整進(jìn)給率。友嘉通過分析和比較不同種類CNC數(shù)控機(jī)床的加工方法，也開發(fā)出了自動進(jìn)給率的調(diào)整功能。當(dāng)?shù)毒吣ズ幕蛘咂茡p時(shí)，可以通過主軸負(fù)載與切削進(jìn)給率的調(diào)變達(dá)到保護(hù)工件、刀具和機(jī)臺的作用。切削進(jìn)給率會依據(jù)主軸負(fù)載的不同設(shè)定，自動做速度上的調(diào)整。每一把刀具可以設(shè)定5段不同的主軸負(fù)荷，此功能也可以設(shè)定主軸的最大負(fù)荷量，當(dāng)主軸達(dá)到設(shè)定的最大負(fù)荷量時(shí)，機(jī)臺會即時(shí)停止并且產(chǎn)生警訊。
（2）哈斯控制器的頁面簡潔并且易于理解，使用極為簡單，所有的機(jī)床設(shè)置操作都可以在此頁面完成。三一集團(tuán)的設(shè)計(jì)人員也改善了此設(shè)計(jì)頁面，為其定制了一套專用的界面，對于不同零件的加工，用戶只需要選擇不同的參數(shù)配置方案即可。
2.2智能化狀態(tài)監(jiān)控與維護(hù)技術(shù)
智能化狀態(tài)監(jiān)控與維護(hù)技術(shù)包括振動檢測與抑制、刀具檢測、故障自診斷和智能化維護(hù)系統(tǒng)等。
（1）大河數(shù)控通過分析和比較不同類別CNC數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)與設(shè)備的功能，在CNC數(shù)控機(jī)床診斷類和故障排除類增加了相應(yīng)的功能。機(jī)臺保養(yǎng)通知功能：機(jī)臺周保養(yǎng)、月保養(yǎng)以及半年保養(yǎng)的項(xiàng)目說明和時(shí)間到達(dá)提醒通知，可以保護(hù)設(shè)備并且延長使用年限。換刀中斷故障排除導(dǎo)航：平時(shí)當(dāng)換刀途中，緊急停止或者突然斷電卡刀，大約需要15分鐘的故障排除時(shí)間，而通過導(dǎo)航指示可以在30秒內(nèi)完成。
（2）友嘉在自我開發(fā)的人機(jī)界面中，增加了智能主軸動平衡檢測與控制系統(tǒng)，可以在線實(shí)時(shí)檢測主軸熱、位移、振動、力等物理信息，根據(jù)動平衡理論進(jìn)行在線實(shí)時(shí)控制，以保證主軸平穩(wěn)、安全可靠地運(yùn)行。
（3）沈陽機(jī)床在智能化故障診斷系統(tǒng)方面也有了新的改進(jìn)，根據(jù)客戶需要，開發(fā)出了機(jī)床診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對機(jī)床進(jìn)行全面診斷，并進(jìn)行可視化處理，使用者可以在診斷系統(tǒng)主頁面清楚地看出故障的具體位置，根據(jù)故障區(qū)域選擇對應(yīng)的子菜單。
2.3智能化誤差補(bǔ)償技術(shù)
智能化誤差補(bǔ)償包括智能主軸熱漂移補(bǔ)償、反向間隙補(bǔ)償、絲杠螺距誤差補(bǔ)償、測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償?shù)榷喾N補(bǔ)償技術(shù)。三一精機(jī)、杭州友嘉等企業(yè)在展會上展示出了智能化補(bǔ)償技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。
（1）三一精機(jī)開發(fā)了反向間隙補(bǔ)償、絲杠螺距誤差補(bǔ)償、測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償?shù)榷喾N補(bǔ)償技術(shù)。通過調(diào)用激光干涉儀檢測的數(shù)據(jù)，將其數(shù)據(jù)進(jìn)行螺距補(bǔ)償值和垂度補(bǔ)償值計(jì)算，然后將補(bǔ)償參數(shù)按照數(shù)控補(bǔ)償表的格式要求自動生成補(bǔ)償表，最后將補(bǔ)償表通過軟件直接發(fā)送到補(bǔ)償表應(yīng)該放置的指定位置，這樣大大省去了手動輸入補(bǔ)償數(shù)據(jù)、拷貝補(bǔ)償表格的時(shí)間。
（2）友嘉和GF阿奇夏米爾在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立了自動溫升熱變位補(bǔ)償系統(tǒng)。此功能具備三軸即時(shí)之熱伸長動態(tài)補(bǔ)償功能，讓精度的加工更加優(yōu)質(zhì)化?？梢酝ㄟ^友嘉的專屬人機(jī)界面和GF的智能加工技術(shù)，自行建立加工時(shí)間常數(shù)與溫度升熱變化模態(tài)，依據(jù)主軸的熱變位預(yù)設(shè)建立熱補(bǔ)償模態(tài)，經(jīng)A/D訊號轉(zhuǎn)換后自動做熱伸長補(bǔ)償。
2.4智能化操作界面與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
智能化操作界面與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括具有語音提示功能的操作輔助系統(tǒng)和遠(yuǎn)程訪問與監(jiān)控等功能。
（1）北一大隈在原始操作界面上，設(shè)計(jì)開發(fā)了對話式功能的操作。此頁面淺顯易懂，在一個畫面上顯示現(xiàn)在位置、模擬、加工準(zhǔn)備表等，可節(jié)約40%的程式攥寫工時(shí)。友嘉和哈斯在原有的操作界面上，建立了多功能刀具表，將刀具表、刀具壽命、大徑刀、刀長等，集中于同一個畫面顯示，方便操作者對刀具的管理以及設(shè)定，可以節(jié)約30%的操作時(shí)間。
（2）哈斯有著自己專屬的控制系統(tǒng)和專用鍵盤的“一鍵”特征，一直在致力于打造機(jī)床行業(yè)內(nèi)最人性化的CNC控制器。在此次展會上，哈斯在操作界面上，又有了新的突破和進(jìn)展。
哈斯直觀的編程系統(tǒng)是一個人機(jī)對話式的操作系統(tǒng)，通過淺顯易懂的彩色圖示界面，引導(dǎo)操作者完成加工工件的所有必要工序。系統(tǒng)會根據(jù)輸入的信息自動提供主軸速度，切削深度和進(jìn)給速率等數(shù)值，操作人員也可以根據(jù)需要更改這些數(shù)值。屏幕上有幫助菜單，模擬加工圖示可以讓操作人員在工件加工執(zhí)行前對所要進(jìn)行的操作進(jìn)行檢查。
3.總結(jié)
智能機(jī)床的出現(xiàn)，為未來裝備制造業(yè)實(shí)現(xiàn)全盤生產(chǎn)自動化創(chuàng)造了條件。智能機(jī)床的開發(fā)，是在納米化、高速化、復(fù)合化、五軸聯(lián)動化等浪潮之后的一個新的發(fā)展，對將來發(fā)展工廠自動化具有很大的影響和促進(jìn)作用。數(shù)控機(jī)床智能化的發(fā)展前景，非常廣闊。
目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實(shí)時(shí)動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理。
【參考文獻(xiàn)】
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[2]陳循介.智能化將引領(lǐng)世界機(jī)床技術(shù)進(jìn)入全新的領(lǐng)域，精密制造與自動化，2007（4）.
