數控機床智能化技術研究

【摘 要】智能機床的出現，為未來裝備制造業實現全盤生產自動化創造了條件。為了加快產品智能化改進的步伐，本文以“第七屆中國數控機床展覽會”展出的智能化成果為例，從人性化操作界面設計的角度，對數控機床智能化的發展進行研究。

【關鍵詞】數控機床；智能化；操作界面

0.引言

進入21世紀，世界機床技術快速向前發展，在精度、效率、自動化、智能化、網絡化、集成化方面，都出現了新的飛躍。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床，這是一個重大突破。在今后一段時間內，這種類似的綜合性智能化機床引領世界機床技術進入了一個新的發展領域。

1.智能機床具有的六大特色

1）數控系統具有特殊的人機對話功能，在編程時能在監測畫面上顯示出刀具軌跡等，進一步提高切削效率。

2）有自動防止刀具和工件碰撞的功能，能大大減少突發事故，提高機床工作的可靠性。

3）機床故障能進行遠距離診斷。

4）有自動抑制振動的功能，在高速加工過程中，該機能自動抑制振動，大大提高了加工精度。

5）有自動補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償，減少高速主軸、立柱、床身熱變形對機床的影響，使機床加工精度大大提高。

2.“第七屆中國數控機床展覽會”的智能成果

2012年4月16日至20日，“第七屆中國數控機床展覽會”在我國南京“國際博覽中心”隆重舉行。本屆展會，智能化技術應用越來越廣泛，機床制造商二次開發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品。從普及的結果可以看出，數控機床智能化技術的研究方向有以下幾點：

2.1智能化加工技術

智能化加工技術主要包括虛擬機床技術，工藝參數修改與選擇以及自動加工生產線等技術。

（1）哈斯智能化的控制系統能夠監控刀具的主軸負載，當主軸負載超過設定的數值時，機床能夠自動調整進給率。友嘉通過分析和比較不同種類CNC數控機床的加工方法，也開發出了自動進給率的調整功能。當刀具磨耗或者破損時，可以通過主軸負載與切削進給率的調變達到保護工件、刀具和機臺的作用。切削進給率會依據主軸負載的不同設定，自動做速度上的調整。每一把刀具可以設定5段不同的主軸負荷，此功能也可以設定主軸的最大負荷量，當主軸達到設定的最大負荷量時，機臺會即時停止并且產生警訊。

（2）哈斯控制器的頁面簡潔并且易于理解，使用極為簡單，所有的機床設置操作都可以在此頁面完成。三一集團的設計人員也改善了此設計頁面，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配置方案即可。

2.2智能化狀態監控與維護技術

智能化狀態監控與維護技術包括振動檢測與抑制、刀具檢測、故障自診斷和智能化維護系統等。

（1）大河數控通過分析和比較不同類別CNC數控機床加工技術與設備的功能，在CNC數控機床診斷類和故障排除類增加了相應的功能。機臺保養通知功能：機臺周保養、月保養以及半年保養的項目說明和時間到達提醒通知，可以保護設備并且延長使用年限。換刀中斷故障排除導航：平時當換刀途中，緊急停止或者突然斷電卡刀，大約需要15分鐘的故障排除時間，而通過導航指示可以在30秒內完成。

（2）友嘉在自我開發的人機界面中，增加了智能主軸動平衡檢測與控制系統，可以在線實時檢測主軸熱、位移、振動、力等物理信息，根據動平衡理論進行在線實時控制，以保證主軸平穩、安全可靠地運行。

（3）沈陽機床在智能化故障診斷系統方面也有了新的改進，根據客戶需要，開發出了機床診斷系統，該系統可對機床進行全面診斷，并進行可視化處理，使用者可以在診斷系統主頁面清楚地看出故障的具體位置，根據故障區域選擇對應的子菜單。

2.3智能化誤差補償技術

智能化誤差補償包括智能主軸熱漂移補償、反向間隙補償、絲杠螺距誤差補償、測量系統誤差補償等多種補償技術。三一精機、杭州友嘉等企業在展會上展示出了智能化補償技術在實際生產中的應用。

（1）三一精機開發了反向間隙補償、絲杠螺距誤差補償、測量系統誤差補償等多種補償技術。通過調用激光干涉儀檢測的數據，將其數據進行螺距補償值和垂度補償值計算，然后將補償參數按照數控補償表的格式要求自動生成補償表，最后將補償表通過軟件直接發送到補償表應該放置的指定位置，這樣大大省去了手動輸入補償數據、拷貝補償表格的時間。

（2）友嘉和GF阿奇夏米爾在原有系統的基礎上，建立了自動溫升熱變位補償系統。此功能具備三軸即時之熱伸長動態補償功能，讓精度的加工更加優質化。可以通過友嘉的專屬人機界面和GF的智能加工技術，自行建立加工時間常數與溫度升熱變化模態，依據主軸的熱變位預設建立熱補償模態，經A/D訊號轉換后自動做熱伸長補償。

2.4智能化操作界面與網絡技術

智能化操作界面與網絡技術包括具有語音提示功能的操作輔助系統和遠程訪問與監控等功能。

（1）北一大隈在原始操作界面上，設計開發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在位置、模擬、加工準備表等，可節約40%的程式攥寫工時。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定，可以節約30%的操作時間。

（2）哈斯有著自己專屬的控制系統和專用鍵盤的“一鍵”特征，一直在致力于打造機床行業內最人性化的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展。

哈斯直觀的編程系統是一個人機對話式的操作系統，通過淺顯易懂的彩色圖示界面，引導操作者完成加工工件的所有必要工序。系統會根據輸入的信息自動提供主軸速度，切削深度和進給速率等數值，操作人員也可以根據需要更改這些數值。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行前對所要進行的操作進行檢查。

3.總結

智能機床的出現，為未來裝備制造業實現全盤生產自動化創造了條件。智能機床的開發，是在納米化、高速化、復合化、五軸聯動化等浪潮之后的一個新的發展，對將來發展工廠自動化具有很大的影響和促進作用。數控機床智能化的發展前景，非常廣闊。

目前，數控技術正在發生根本性變革，由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理。

【參考文獻】

[1]吳振鋒.機床傳動系統磨損故障智能化診斷技術，制造技術與機床，2000（8）.

[2]陳循介.智能化將引領世界機床技術進入全新的領域，精密制造與自動化，2007（4）.