從CCMT2016看機床智能制造

上海機床工具集團有限公司　徐正平

從CCMT2016看機床智能制造

上海機床工具集團有限公司徐正平

CCMT2016中國數(shù)控機床展覽會于4月11～15在上海新國際展覽中心舉行。來自20多個國家的1100多家展商參加了這次盛會。值得指出的是，這次展會面積達12萬平方米，同比增長20%；觀眾59101人次，同比增長5%。

當今世界經(jīng)濟形勢低迷，制造業(yè)也不景氣，可這次機床展居然規(guī)模擴大，人氣也很興旺，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、信息）物理系統(tǒng)CPS（Cyber- Physical Systems）。它依仗了大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡和云計算，將計算、通信和控制這三者結合于一體，在機床制造領域也碩果累累。

當今三大機床巨頭，這次均展出了他們的網(wǎng)絡智能技術。DMG MORI的CELOS，可幫助用戶實現(xiàn)從構思到成品的全方位加工需求。機床能將所有與生產(chǎn)相關信息，都集成在一個加工任務包內(nèi)，并立即顯示在“任務管理器”中。加工任務單所需的所有文檔、數(shù)據(jù)和信息都用結構化方式進行管理，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)權的智能化系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了運動控制技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術和信息技術等，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這次展出的重點當屬順暢加工SMOOTH TECNOLYGE。山崎中國區(qū)的單總再三與我強調(diào)，這是一種系統(tǒng)技術，內(nèi)容包括五軸復合加工技術，高速、高精度技術，智能化技術，網(wǎng)絡技術，自動化柔性生產(chǎn)線，環(huán)境保護及人體工程設計等七個方面，從技術到管理幾乎至臻至美，而Smooth X等僅是各款智能數(shù)控系統(tǒng)。

MAZAK順暢加工

二、智能數(shù)控系統(tǒng)

有人認為，在當今互聯(lián)網(wǎng)+時代，若要稱得上智能數(shù)控機床，首先控制系統(tǒng)必須是智能的，傳統(tǒng)的系統(tǒng)已跟不上潮流了。

西門子當然稱得上是數(shù)控系統(tǒng)的領軍人物之一，他們不僅研制新系統(tǒng)，并且與企業(yè)聯(lián)手解決個案，例如為DMGMORI開發(fā)空間曲面三維插補、為KUKA機器人提供直接一體化控制技術等等。

海德漢這次介紹的幾款智能系統(tǒng)功能也倍受矚目，如DCM - 動態(tài)碰撞監(jiān)測。通常在5軸加工的復雜運動及高速加工運動時，碰撞監(jiān)測功能很有意義的。這種情況時，機床操作人員可以用TNC的DCM（動態(tài)碰撞監(jiān)測）功能。一旦有碰撞危險，數(shù)控系統(tǒng)將立即中斷加工，因此能提高機床和操作人員的安全性，防止損壞機床，避免代價高昂的停機損失，使無人值守換班生產(chǎn)更安全、更可靠。

DP-動態(tài)高精功能是由一系列有效減小機床動態(tài)誤差的海德漢數(shù)控系統(tǒng)功能組成的，它可提高機床動態(tài)性能，提高刀具中心點位置的精度，使用戶可以根據(jù)機床機齡、負載和加工位置所允許的最大理論值進行銑削加工，而且不需要對機床結構進行任何改造。

CTC - 通過關聯(lián)軸補償位置誤差功能。選用大加速度加工時，機床結構勢必受力加大。這些作用力可導致機床部件彈性變形，因此導致刀具中心點（TCP）偏離位置。除了軸向的變形，機械連接軸的大加速運動也導致機床軸在與加速度方向垂直的方向的變形。如果機床軸的受力點不在重心線上，制動期間和加速期間將造成機床軸傾斜，這時這個問題更加突出。CTC伺服控制選裝功能（關聯(lián)軸補償）就可以補償這個與加速度有關的誤差，避免其對工件表面質量和精度造成負面影響。

海德漢CTC功能

可喜的是，國產(chǎn)華中數(shù)控如今也實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，陳吉紅董事長經(jīng)多方調(diào)研，在吃透了CPS物理系統(tǒng)原理的基礎上，成功開發(fā)了“華中8型”智能化數(shù)控系統(tǒng)，在電子信息產(chǎn)品（3C）制造領域內(nèi)實現(xiàn)規(guī)?；瘧谩?/p>

華中8型

“華中8型”基于云計算、大數(shù)據(jù)、CPS等單元技術，利用控制信息、傳感信息、網(wǎng)絡信息，實現(xiàn)了從數(shù)控設備的運行、加工、操作和編程等環(huán)節(jié)的智能化，開發(fā)了智能管理、智能調(diào)試、智能補償、智能加工、健康保障、網(wǎng)絡銷售平臺、租賃服務、云端工廠等超越國外的原創(chuàng)性的智能化軟件，并在武漢建立了“數(shù)控加工大數(shù)據(jù)中心”，通過無線網(wǎng)絡監(jiān)控用戶企業(yè)車間生產(chǎn)線的相關數(shù)據(jù)，實現(xiàn)華中8型數(shù)控系統(tǒng)的遠程監(jiān)控、加工優(yōu)化、健康保障等智能化功能。華中數(shù)控由此邁出了向制造型服務業(yè)轉型升級的步伐。

三、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)。在N3-404展臺，霍夫曼（上海）公司展出的擺線切削技術十分引人矚目。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。

這種切削工藝創(chuàng)新，使得銑削變得更高效，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。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。該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智能設計同時也引入在驅動工作臺Z軸和回轉工作臺B軸，能自動估算工件重量，然后優(yōu)化線性加速度或旋轉加速度，以實現(xiàn)最佳的定位或旋轉時間，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0.1s，比接觸式探頭檢測快0.6s。

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)絡的重要性，一直通過提供各種軟件來適應時代的要求，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，可構建使用云環(huán)境始終置于服務部門監(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“One Push Go”，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)

四、智能機床附件

在金切機床領域，機床、刀具和夾具是三大要素。德國幾家專業(yè)夾盤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換，并在很大程度上減小了零件的變形。

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

LANG公司還開發(fā)了一個Eco Compact 20自動化上下料裝置，整機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，以適合用戶車間的自動化生產(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)權的TK64320兩軸搖籃式直驅數(shù)控轉臺，這次并獲得了“春燕獎”。

本轉臺采用閉環(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。

煙臺環(huán)球兩軸直驅轉臺

有趣的是，在智能技術日新月異的今天，連工具柜也是智能型的。德國霍夫曼刀具這次展出了一種GARANT TOOL 24 Smartline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)絡接口與公司網(wǎng)絡相聯(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。

五、機床智能監(jiān)控

N-311德國Motroni展臺，觀眾始終絡繹不絕，因為他們展出的智能監(jiān)控系統(tǒng)，正是去年米蘭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)字驅動數(shù)據(jù)DDD（Digital Drive Data）來進行過程監(jiān)控和優(yōu)化，還可結合功率傳感器、扭矩傳感器、聲波傳感器和應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，響應時間不超過1ms，如同機器的安全氣囊。經(jīng)加以對應的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。

六、結語

展會之大、展品之精，筆者只能走馬觀花，掛一漏萬予以介紹，更鑒于水平有限文中謬誤肯定不少。而且在當今，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?！?/p>

行業(yè)資訊

漢川機床技工在省級職業(yè)技能大賽中奪冠

8月18日下午，為期三天的“2016年陜西省機械冶金建材產(chǎn)業(yè)職工職業(yè)技能大賽”在古城西安落下帷幕。漢川數(shù)控機床股份公司代表隊喜獲“加工中心組團體第一名”殊榮，公司加工中心操作工王增喜獲“加工中心組個人第二名”。

漢川數(shù)控機床股份公司是國家精密數(shù)控機床的重要生產(chǎn)基地，公司研制生產(chǎn)的數(shù)控銑、加工中心等產(chǎn)品受到用戶青睞。近年來，公司全面加強技能人才隊伍建設，加快培養(yǎng)數(shù)量充足、結構合理、素質優(yōu)良、技藝精湛的技能人才隊伍，組織職工積極參加各類職業(yè)技能競賽，加強高技能人才的培養(yǎng)選拔，促進優(yōu)秀技能人才脫穎而出，為推動公司戰(zhàn)略轉型升級、產(chǎn)品躍上中高端水平提供了強大的人力資源保障和支撐。

（張建恒）