智能制造与智能机床技术

宁夏小巨人机床有限公司 张 伟

今天的制造行业正面临着许多问题，例如：产品多样化、产品寿命周期短和老龄化社会等。为了解决这些问题，我们已经开发出了多种独特的技术，包括利用经验丰富的操作员的专业知识，来实现卓越的生产力和更高的加工精度。多种智能功能为简便的操作和最佳的加工效率提供了无与伦比的操作支持。智能化工厂通过便捷的控制、开发、资源、车间、组装、销售和服务管理，大幅提高了生产力。智能化工厂让我们能够及时核对所有必要的数据，例如机床的运行率、生产情况及机床报警的细节等。

随着科学技术的发展和制造业转型升级的需要,智能化制造已经成为未来制造业技术发展的必然趋势。智能化制造是制造技术MT和信息技术IT的融合；其充分利用了传感器技术（比如光感应、热感应、力感应及磁感应等），控制技术以及计算机技术等，使得加工设备具有数据分析、智能决策和调节控制等功能。

当前，世界领先的机床制造厂商都在大力研发智能机床产品，智能化已经成为高端数控机床的标志。机床智能化解决的主要问题是：

（1）提高加工效率，优化切削参数，抑制振动，充分发挥机床的潜力。

（2）提高加工精度，防止热变形、测量机床的空间精度并加以自动补偿。

（3）保证机床运行安全，防止刀具、工件和部件相互碰撞和干涉。

（4）改善人机界面，扩大数控系统的功能，实现其他各类辅助加工和管理功能。

智能化机床技术

基于以上几个方面的目标和需求，YAMAZAKI MAZAK（山崎马扎克）于1981年在世界上首次实现了以日常用语、并且是以人机对话方式进行编程，开发研制出MAZATROL数控系统。 此后于1998年推出了世界上首次问世的将PC和CNC融为一体的64位CPU数控系统——MAZATROL FUSION 640，以及目前最新的，并广泛在MAZAK机床产品上搭载使用的，具有高度智能化的MAZATROL MATRIX数控系统。

其智能化功能主要有以下几个方面：

1.人机对话编程

结合MAZAK近100年机床制造和机械加工的经验，在数控系统中内置专家数据系统，可根据加工零件材质及形状描绘，自动生成最佳的加工模式，刀具选择和切削条件参数。同时可以在机床上进行模拟加工，确认走刀路径的正确性和模拟加工时间。大幅降低操作人员编程难度和试加工准备效率。

2.智能振动抑制技术

可以将机床加减速引起的机械振动消除，使得机床振动得到抑制。采用加速度计调整其时间常数与机械特性匹配（机械固有振动频率），此时振动比最小。具备了这种功能，加减速时振动抑制在1μm以内。这种效果一方面体现在加工表面质量的提升，同时，也能大幅减少刀具的振动磨损。

3.智能热屏障技术

以机床温度为基准温度，通过热变位补偿、主轴冷却装置同时控制，使得长时间加工精度保持稳定。环境温度会快速变化，但机床本体温度变化较慢，如果以环境温度为基准控制，不能得到机床正确的变位状态。所以以机床本体温度为基准调整是最为科学的方式。

4.虚拟加工（自动运转用）

机床、工件、刀具 3D模型下，实现加工程序与实际加工环境一样模拟加工。这样实际加工前，检查加工中可能出现的干涉、加工使用的刀具以及实际机床模型在模拟加工时可以实际显现。另外，在NC画面操作后台可以进行相同的模拟检查。

5.智能安全保护（手动操作时用）

手 动操作时的误操作引起的干涉可以使用此功能来防止。手动操作时，3D模型同时检查，干涉前停止。因为有3D模型，手动操作时看不见的地方发生的干涉也可以预防。有此功能可以实现机床正确的操作动作，不用担心会发生撞车，大大提高加工准备的效率。

6.智能语音导航

CNC内部设置扬声器，通过真人语音向操作者提示作业。机床开机后从问候语开始到操作注意事项，让操作人员面对的不再是冷冰冰的机器，而是一个可以互动的工作伙伴。

7.智能维护保养支持

可实现和具备以下几个功能：

（1）机床运转状况的记录，包括自动运转时间，停机准备时间，故障维修时间等，有助于操作和管理人员优化工作，提高设备开动率。

（2）机床部件单元运行状况管理，比如主轴总运转时间，ATC换刀次数，进给轴的总运行距离等。并通过预先设定更换周期，能到期自动提示进行备件的更换准备，最大可能减少设备故障和停机时间。

（3）图解维修支持，可在机床发生故障报警时，显示画面自动弹跳出故障点的位置、报警号和报警说明。方便维修人员排查故障，即使是对设备本身不是很了解。

（4）消耗品管理，可对各类机床所需油品（润滑油，液压油，冷却油）、滤网滤芯等消耗品设定寿命周期，自动提醒作业人员及时进行更换。同时，也可以自定义设定个性化的设备点检维护项目和要求。

（5）主轴运转管理，可对主轴的负载、温度及振动等进行有效监控管理，使其可靠稳定运行。

8.智能远程诊断MAZA－CARE

MAZA－CARE是突破以往的联网在线远程诊断方式，通过电信3G网络建立起用户机床和设备厂家服务的无线连接。当用户机床发生定义范围内的故障报警时，报警信息会以邮件形式自动发送至MAZAK中国的售后服务中心；在线服务中心人员根据报警信息和用户联络，并通过无线远程方式指导客户排除故障。机床的故障修复变得方便，快捷，最大程度缩短了故障停机时间。

智能化生产管理软件

智能化的数控机床是实现智能化制造最基本的前提；将技术、销售、生产及管理的各个部门网络化，通过在部门之间的信息共享，缩短生产的周期时间，从而大幅度降低成本。例如，不仅能在加工机器上从相关部门获取或者查询图样信息、加工信息及装夹信息，还能利用加工机器的运转状态、进展情况等数据来进行实时生产管理、并且还能够进行远距离监控。MAZAK开发应用了15年历史的智能生产中心CPC软件（CYBER PRODUCTION CENTER)，有效地解决了机械加工工厂最实际和困扰生产效率的4个方面问题。

1.MatrixCam智能程序编辑管理

(1)在电脑端使用图样导入辅助及人机对话的方式编辑机床切削所需的程序。

(2)程序编制完成可以三维模拟检查加工程序，展开刀具清单和机加工时间。

(3)统一的程序管理功能，同时可以将程序、工时、刀具清单等信息进行存储。

(4)程序编辑完成后可以自动决定刀具接近位置、自动决定切削条件。

2.Cyber Schedule智能日程管理

(1)根据每台机床的状况全自动排产。

(2)根据编程软件计算出的工时信息确定完成时间。

(3)遇到紧急加工的零件可以手工调整作业计划。

(4)可以将作业计划直接下达给相关机床。

(5)同时可以把作业准备传递给机床。

(6)机床可在客户端中填写制造记录。

3.Cyber Tool Management智能刀具管理

（1）对机床内刀具数据进行同步显示。

（2）对每一把刀具的寿命进行监控。

（3）独立的刀具数据库可将工厂内所有刀具纳入管理。

（4）根据作业计划为相关机床进行刀具作业准备。

（5）可以在管理端添加或删除机床上的刀具信息。

（6）可以跟对刀仪连接进行刀具数据更新。

4.Cyber Monitor智能监控管理

（1）对机床开动率进行统计。

（2）对每一时刻的运转状态进行记录。

（3）对机床主轴负载和转速监控。

（4）提供各个机床之间的开动对比。

（5）实施状态显示。

（6）邮件报警功能。

（7）历史报警、程序、倍率记录。

（8）给机床发送短消息。

（9）远程打开机床运转画面。

在马扎克集团公司，正在实施将日本的4个工厂以及美国、英国、新加坡及中国的9个世界据点网络化，以此来缩短对客户的交货期。同时，此系统作为工厂管理软件（智能化生产中心）销售给客户，给客户提供服务支持。

结语

智能制造会给未来的社会及制造业带来什么变化呢？智能化制造的最终目的是提高生产效率和质量，降低制造成本。另外，智能化制造将使制造业的社会化分工更专门和明确化。少数的专业化人才将进行前期大量的智能化装备设计、集成和调试工作，以及后期的维护工作。而绝大多数操作人员降低了其对专业知识和操作技能的更高要求，更容易适应和满足操作性的需要。同时，智能化与自动化是相辅相成的，自动化的同步应用，将会大大减少一般性操作人员的数量。“与时消息、与时偕行、与时俱进”（ 出自《易经》 ），让我们共同携手，与时俱进，做好思想和行动的准备，共同步入智能化制造的新时代。