上海機(jī)床工具集團(tuán)有限公司　徐正平

從CCMT2016看機(jī)床智能制造

上海機(jī)床工具集團(tuán)有限公司徐正平

CCMT2016中國(guó)數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)于4月11～15在上海新國(guó)際展覽中心舉行。來(lái)自20多個(gè)國(guó)家的1100多家展商參加了這次盛會(huì)。值得指出的是，這次展會(huì)面積達(dá)12萬(wàn)平方米，同比增長(zhǎng)20%；觀眾59101人次，同比增長(zhǎng)5%。

當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)形勢(shì)低迷，制造業(yè)也不景氣，可這次機(jī)床展居然規(guī)模擴(kuò)大，人氣也很興旺，因?yàn)閺?qiáng)國(guó)強(qiáng)軍離不開工作母機(jī)；然而吸引觀眾目光的靚點(diǎn)，其主線條便是智能制造。

一、智能網(wǎng)絡(luò)制造

炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)的德國(guó)工業(yè)4.0，其核心優(yōu)勢(shì)便是智能（網(wǎng)絡(luò)、信息）物理系統(tǒng)CPS（Cyber- Physical Systems）。它依仗了大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算，將計(jì)算、通信和控制這三者結(jié)合于一體，在機(jī)床制造領(lǐng)域也碩果累累。

當(dāng)今三大機(jī)床巨頭，這次均展出了他們的網(wǎng)絡(luò)智能技術(shù)。DMG MORI的CELOS，可幫助用戶實(shí)現(xiàn)從構(gòu)思到成品的全方位加工需求。機(jī)床能將所有與生產(chǎn)相關(guān)信息，都集成在一個(gè)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(jìn)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(yáng)機(jī)床的i5是由沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)自主研發(fā)的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能化系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(jiǎn)單、兼容性強(qiáng)、可靠性高的智能化數(shù)控產(chǎn)品。

日本MAZAK這次展出的重點(diǎn)當(dāng)屬順暢加工SMOOTH TECNOLYGE。山崎中國(guó)區(qū)的單總再三與我強(qiáng)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(dòng)化柔性生產(chǎn)線，環(huán)境保護(hù)及人體工程設(shè)計(jì)等七個(gè)方面，從技術(shù)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(rèn)為，在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代，若要稱得上智能數(shù)控機(jī)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(dāng)然稱得上是數(shù)控系統(tǒng)的領(lǐng)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(gè)案，例如為DMGMORI開發(fā)空間曲面三維插補(bǔ)、為KUKA機(jī)器人提供直接一體化控制技術(shù)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(dòng)態(tài)碰撞監(jiān)測(cè)。通常在5軸加工的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)及高速加工運(yùn)動(dòng)時(shí)，碰撞監(jiān)測(cè)功能很有意義的。這種情況時(shí)，機(jī)床操作人員可以用TNC的DCM（動(dòng)態(tài)碰撞監(jiān)測(cè)）功能。一旦有碰撞危險(xiǎn)，數(shù)控系統(tǒng)將立即中斷加工，因此能提高機(jī)床和操作人員的安全性，防止損壞機(jī)床，避免代價(jià)高昂的停機(jī)損失，使無(wú)人值守?fù)Q班生產(chǎn)更安全、更可靠。

DP-動(dòng)態(tài)高精功能是由一系列有效減小機(jī)床動(dòng)態(tài)誤差的海德漢數(shù)控系統(tǒng)功能組成的，它可提高機(jī)床動(dòng)態(tài)性能，提高刀具中心點(diǎn)位置的精度，使用戶可以根據(jù)機(jī)床機(jī)齡、負(fù)載和加工位置所允許的最大理論值進(jìn)行銑削加工，而且不需要對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行任何改造。

CTC - 通過(guò)關(guān)聯(lián)軸補(bǔ)償位置誤差功能。選用大加速度加工時(shí)，機(jī)床結(jié)構(gòu)勢(shì)必受力加大。這些作用力可導(dǎo)致機(jī)床部件彈性變形，因此導(dǎo)致刀具中心點(diǎn)（TCP）偏離位置。除了軸向的變形，機(jī)械連接軸的大加速運(yùn)動(dòng)也導(dǎo)致機(jī)床軸在與加速度方向垂直的方向的變形。如果機(jī)床軸的受力點(diǎn)不在重心線上，制動(dòng)期間和加速期間將造成機(jī)床軸傾斜，這時(shí)這個(gè)問(wèn)題更加突出。CTC伺服控制選裝功能（關(guān)聯(lián)軸補(bǔ)償）就可以補(bǔ)償這個(gè)與加速度有關(guān)的誤差，避免其對(duì)工件表面質(zhì)量和精度造成負(fù)面影響。

海德漢CTC功能

可喜的是，國(guó)產(chǎn)華中數(shù)控如今也實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，陳吉紅董事長(zhǎng)經(jīng)多方調(diào)研，在吃透了CPS物理系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)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(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。

華中8型

“華中8型”基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、CPS等單元技術(shù)，利用控制信息、傳感信息、網(wǎng)絡(luò)信息，實(shí)現(xiàn)了從數(shù)控設(shè)備的運(yùn)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(bǔ)償、智能加工、健康保障、網(wǎng)絡(luò)銷售平臺(tái)、租賃服務(wù)、云端工廠等超越國(guó)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(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控用戶企業(yè)車間生產(chǎn)線的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)華中8型數(shù)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)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(wù)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐。

三、智能機(jī)床功能

為迎合用戶的特殊加工需求，機(jī)床制造商會(huì)將標(biāo)準(zhǔn)配置的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)。在N3-404展臺(tái)，霍夫曼（上海）公司展出的擺線切削技術(shù)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(guò)程中，刀具不僅是走直線，同時(shí)還要走定圓或橢圓復(fù)合運(yùn)動(dòng)，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(duì)高硬材料零件、不銹鋼以及高超合金等零件加工。當(dāng)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(jī)時(shí)間要占據(jù)50%，因此他們采取ROI智能設(shè)計(jì)，即采用智能慣量控制，讓機(jī)床定移動(dòng)加快，以整體縮短非切削時(shí)間，從而提高生產(chǎn)力。

ROI智能設(shè)計(jì)同時(shí)也引入在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)Z軸和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)B軸，能自動(dòng)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(shí)現(xiàn)最佳的定位或旋轉(zhuǎn)時(shí)間，特別在重量較輕時(shí)會(huì)采用較高的加加速度。

先進(jìn)的智能運(yùn)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)給軸移動(dòng)的快速、敏捷，最小化特征間的線性定位時(shí)間，其達(dá)到最大快移速度比市場(chǎng)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(dòng)，始終保持最快的移動(dòng)速度。

BTS可視化刀具破損檢測(cè)功能可以實(shí)時(shí)捕獲的刀具影像，一旦發(fā)現(xiàn)刀具破損立即自動(dòng)停止加工。該檢測(cè)方式為非接觸式，僅需0.1s，比接觸式探頭檢測(cè)快0.6s。

這種智能化機(jī)床功能，同樣也反映在金屬成形機(jī)床之中，天田AMADA很早就意識(shí)到軟件、網(wǎng)絡(luò)的重要性，一直通過(guò)提供各種軟件來(lái)適應(yīng)時(shí)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(duì)沖切模具ID化，還對(duì)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(guò)利用折彎加工機(jī)的板厚檢測(cè)系統(tǒng)，能自動(dòng)檢測(cè)材料特性，同時(shí)采用角度傳感器，故無(wú)需進(jìn)行試折彎。

②加工智能化。天田新開發(fā)了獨(dú)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(shí)現(xiàn)加工最優(yōu)化。根據(jù)該模型定義的加工方法，現(xiàn)場(chǎng)的AMNC加工機(jī)可選擇最優(yōu)加工條件、模具及加工順序。

③維護(hù)智能化。利用AMNC收集各加工機(jī)將進(jìn)行何種工序加工、何時(shí)進(jìn)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(bào)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(jī)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(jìn)展。作為操作智能化的最終目標(biāo)，天田追求的是“One Push Go”，即現(xiàn)場(chǎng)操作只需1個(gè)“執(zhí)行（Go）”按鈕即可進(jìn)行加工的操作智能化。

ACIES2512T智能鈑金加工系統(tǒng)

四、智能機(jī)床附件

在金切機(jī)床領(lǐng)域，機(jī)床、刀具和夾具是三大要素。德國(guó)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(dòng)定心卡盤， 由于夾具能自動(dòng)校準(zhǔn)零件，這就為聯(lián)機(jī)實(shí)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(dòng)定心卡盤，甚至做到了不用更換卡爪，即可實(shí)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。

德國(guó)LANG牌咬合式夾持技術(shù)，可以使夾緊無(wú)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(gè)Eco Compact 20自動(dòng)化上下料裝置，整機(jī)在很小的占地面積下可以存儲(chǔ)20個(gè)托盤，通過(guò)機(jī)床自動(dòng)門或側(cè)面自動(dòng)窗口連續(xù)向機(jī)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(dòng)化生產(chǎn)線機(jī)床布局，最大限度地節(jié)省空間。

兩軸聯(lián)動(dòng)搖籃式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，是5軸聯(lián)動(dòng)加工中心最常用的附件，煙臺(tái)環(huán)球?yàn)榱耸蛊髽I(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)并滿足市場(chǎng)需求，他們研制成功了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TK64320兩軸搖籃式直驅(qū)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，這次并獲得了“春燕獎(jiǎng)”。

本轉(zhuǎn)臺(tái)采用閉環(huán)控制，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)械部分位置誤差和速度誤差，并及時(shí)反饋給數(shù)控系統(tǒng)，以確保加工精度和聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)精度。本轉(zhuǎn)臺(tái)還采用循環(huán)水冷卻電機(jī)，里面有若干個(gè)溫度傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)溫度和冷卻水溫度，由于確保電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和水溫恒定，故而可減少由于溫度的變化造成的機(jī)械部件的熱變型，所以加工精度高、零件一致性好。

煙臺(tái)環(huán)球兩軸直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)

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(guó)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(dòng)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(kuò)容，最多可疊加至90層的抽屜柜。它通過(guò)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?jī)?chǔ)存地點(diǎn)。柜子可建立自定義的軟件包，使存取工具時(shí)間大為縮短。

所謂智能，即工作人員可先設(shè)定一個(gè)最小庫(kù)存量，當(dāng)?shù)毒呦牡揭欢ǔ潭群?，管理系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出采購(gòu)新刀具的指令。而每到年度，機(jī)柜能自動(dòng)盤點(diǎn)，不必人工對(duì)賬。機(jī)柜還可自動(dòng)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。

五、機(jī)床智能監(jiān)控

N-311德國(guó)Motroni展臺(tái)，觀眾始終絡(luò)繹不絕，因?yàn)樗麄冋钩龅闹悄鼙O(jiān)控系統(tǒng)，正是去年米蘭EMO展紅極一時(shí)的展品。

該公司的斯佩拉（Spectra）全方位過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅可以利用機(jī)床本身的數(shù)字驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)DDD（Digital Drive Data）來(lái)進(jìn)行過(guò)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(zhǔn)識(shí)別刀具磨損、斷裂、缺失等現(xiàn)象，并且也可實(shí)施對(duì)撞機(jī)與振動(dòng)過(guò)載的監(jiān)控保護(hù)，該系統(tǒng)甚至能識(shí)別直徑為Φ1mm的鉆頭上的細(xì)微破損。

作為簡(jiǎn)易版的機(jī)床保護(hù)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(cè)振三軸加速度傳感器在一秒內(nèi)能采集3200多個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，自帶內(nèi)置溫感計(jì)，并且抗震、防污、穩(wěn)定性高。普銳斯系統(tǒng)又分移動(dòng)版和固定版。移動(dòng)版也是該公司的一大亮點(diǎn)，其特點(diǎn)是拆裝方便，適用多臺(tái)機(jī)床，可快速進(jìn)行機(jī)器狀態(tài)及故障的診斷、識(shí)別機(jī)器部件的磨損、優(yōu)化加工參數(shù)，如同機(jī)器的聽診器，是維修檢驗(yàn)的理想幫手。固定版則只能嵌入一臺(tái)機(jī)床，進(jìn)行全自動(dòng)的撞機(jī)和振動(dòng)過(guò)載保護(hù)，響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)1ms，如同機(jī)器的安全氣囊。經(jīng)加以對(duì)應(yīng)的PLC調(diào)試后，還可增加機(jī)床自我診斷功能。普銳斯系統(tǒng)能實(shí)時(shí)對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行3維快速傅立葉轉(zhuǎn)換（FFT），測(cè)量精度達(dá)0.01m/s2。該系統(tǒng)還具備記錄儀功能，能記錄加工過(guò)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(guò)外接通訊系統(tǒng)全球調(diào)取。

六、結(jié)語(yǔ)

展會(huì)之大、展品之精，筆者只能走馬觀花，掛一漏萬(wàn)予以介紹，更鑒于水平有限文中謬誤肯定不少。而且在當(dāng)今，究竟什么是智能，這個(gè)確切定義還在探索，不過(guò)在新工業(yè)革命時(shí)代，智能制造肯定是制造業(yè)的一個(gè)發(fā)展方向。□

行業(yè)資訊

漢川機(jī)床技工在省級(jí)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(jī)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(jī)床股份公司代表隊(duì)喜獲“加工中心組團(tuán)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(gè)人第二名”。

漢川數(shù)控機(jī)床股份公司是國(guó)家精密數(shù)控機(jī)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(lái)，公司全面加強(qiáng)技能人才隊(duì)伍建設(shè)，加快培養(yǎng)數(shù)量充足、結(jié)構(gòu)合理、素質(zhì)優(yōu)良、技藝精湛的技能人才隊(duì)伍，組織職工積極參加各類職業(yè)技能競(jìng)賽，加強(qiáng)高技能人才的培養(yǎng)選拔，促進(jìn)優(yōu)秀技能人才脫穎而出，為推動(dòng)公司戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型升級(jí)、產(chǎn)品躍上中高端水平提供了強(qiáng)大的人力資源保障和支撐。

（張建恒）