智能制造與智能機床技術

寧夏小巨人機床有限公司 張 偉

今天的制造行業正面臨著許多問題，例如：產品多樣化、產品壽命周期短和老齡化社會等。為了解決這些問題，我們已經開發出了多種獨特的技術，包括利用經驗豐富的操作員的專業知識，來實現卓越的生產力和更高的加工精度。多種智能功能為簡便的操作和最佳的加工效率提供了無與倫比的操作支持。智能化工廠通過便捷的控制、開發、資源、車間、組裝、銷售和服務管理，大幅提高了生產力。智能化工廠讓我們能夠及時核對所有必要的數據，例如機床的運行率、生產情況及機床報警的細節等。

隨著科學技術的發展和制造業轉型升級的需要,智能化制造已經成為未來制造業技術發展的必然趨勢。智能化制造是制造技術MT和信息技術IT的融合；其充分利用了傳感器技術（比如光感應、熱感應、力感應及磁感應等），控制技術以及計算機技術等，使得加工設備具有數據分析、智能決策和調節控制等功能。

當前，世界領先的機床制造廠商都在大力研發智能機床產品，智能化已經成為高端數控機床的標志。機床智能化解決的主要問題是：

（1）提高加工效率，優化切削參數，抑制振動，充分發揮機床的潛力。

（2）提高加工精度，防止熱變形、測量機床的空間精度并加以自動補償。

（3）保證機床運行安全，防止刀具、工件和部件相互碰撞和干涉。

（4）改善人機界面，擴大數控系統的功能，實現其他各類輔助加工和管理功能。

智能化機床技術

基于以上幾個方面的目標和需求，YAMAZAKI MAZAK（山崎馬扎克）于1981年在世界上首次實現了以日常用語、并且是以人機對話方式進行編程，開發研制出MAZATROL數控系統。 此后于1998年推出了世界上首次問世的將PC和CNC融為一體的64位CPU數控系統——MAZATROL FUSION 640，以及目前最新的，并廣泛在MAZAK機床產品上搭載使用的，具有高度智能化的MAZATROL MATRIX數控系統。

其智能化功能主要有以下幾個方面：

1.人機對話編程

結合MAZAK近100年機床制造和機械加工的經驗，在數控系統中內置專家數據系統，可根據加工零件材質及形狀描繪，自動生成最佳的加工模式，刀具選擇和切削條件參數。同時可以在機床上進行模擬加工，確認走刀路徑的正確性和模擬加工時間。大幅降低操作人員編程難度和試加工準備效率。

2.智能振動抑制技術

可以將機床加減速引起的機械振動消除，使得機床振動得到抑制。采用加速度計調整其時間常數與機械特性匹配（機械固有振動頻率），此時振動比最小。具備了這種功能，加減速時振動抑制在1μm以內。這種效果一方面體現在加工表面質量的提升，同時，也能大幅減少刀具的振動磨損。

3.智能熱屏障技術

以機床溫度為基準溫度，通過熱變位補償、主軸冷卻裝置同時控制，使得長時間加工精度保持穩定。環境溫度會快速變化，但機床本體溫度變化較慢，如果以環境溫度為基準控制，不能得到機床正確的變位狀態。所以以機床本體溫度為基準調整是最為科學的方式。

4.虛擬加工（自動運轉用）

機床、工件、刀具 3D模型下，實現加工程序與實際加工環境一樣模擬加工。這樣實際加工前，檢查加工中可能出現的干涉、加工使用的刀具以及實際機床模型在模擬加工時可以實際顯現。另外，在NC畫面操作后臺可以進行相同的模擬檢查。

5.智能安全保護（手動操作時用）

手 動操作時的誤操作引起的干涉可以使用此功能來防止。手動操作時，3D模型同時檢查，干涉前停止。因為有3D模型，手動操作時看不見的地方發生的干涉也可以預防。有此功能可以實現機床正確的操作動作，不用擔心會發生撞車，大大提高加工準備的效率。

6.智能語音導航

CNC內部設置揚聲器，通過真人語音向操作者提示作業。機床開機后從問候語開始到操作注意事項，讓操作人員面對的不再是冷冰冰的機器，而是一個可以互動的工作伙伴。

7.智能維護保養支持

可實現和具備以下幾個功能：

（1）機床運轉狀況的記錄，包括自動運轉時間，停機準備時間，故障維修時間等，有助于操作和管理人員優化工作，提高設備開動率。

（2）機床部件單元運行狀況管理，比如主軸總運轉時間，ATC換刀次數，進給軸的總運行距離等。并通過預先設定更換周期，能到期自動提示進行備件的更換準備，最大可能減少設備故障和停機時間。

（3）圖解維修支持，可在機床發生故障報警時，顯示畫面自動彈跳出故障點的位置、報警號和報警說明。方便維修人員排查故障，即使是對設備本身不是很了解。

（4）消耗品管理，可對各類機床所需油品（潤滑油，液壓油，冷卻油）、濾網濾芯等消耗品設定壽命周期，自動提醒作業人員及時進行更換。同時，也可以自定義設定個性化的設備點檢維護項目和要求。

（5）主軸運轉管理，可對主軸的負載、溫度及振動等進行有效監控管理，使其可靠穩定運行。

8.智能遠程診斷MAZA－CARE

MAZA－CARE是突破以往的聯網在線遠程診斷方式，通過電信3G網絡建立起用戶機床和設備廠家服務的無線連接。當用戶機床發生定義范圍內的故障報警時，報警信息會以郵件形式自動發送至MAZAK中國的售后服務中心；在線服務中心人員根據報警信息和用戶聯絡，并通過無線遠程方式指導客戶排除故障。機床的故障修復變得方便，快捷，最大程度縮短了故障停機時間。

智能化生產管理軟件

智能化的數控機床是實現智能化制造最基本的前提；將技術、銷售、生產及管理的各個部門網絡化，通過在部門之間的信息共享，縮短生產的周期時間，從而大幅度降低成本。例如，不僅能在加工機器上從相關部門獲取或者查詢圖樣信息、加工信息及裝夾信息，還能利用加工機器的運轉狀態、進展情況等數據來進行實時生產管理、并且還能夠進行遠距離監控。MAZAK開發應用了15年歷史的智能生產中心CPC軟件（CYBER PRODUCTION CENTER)，有效地解決了機械加工工廠最實際和困擾生產效率的4個方面問題。

1.MatrixCam智能程序編輯管理

(1)在電腦端使用圖樣導入輔助及人機對話的方式編輯機床切削所需的程序。

(2)程序編制完成可以三維模擬檢查加工程序，展開刀具清單和機加工時間。

(3)統一的程序管理功能，同時可以將程序、工時、刀具清單等信息進行存儲。

(4)程序編輯完成后可以自動決定刀具接近位置、自動決定切削條件。

2.Cyber Schedule智能日程管理

(1)根據每臺機床的狀況全自動排產。

(2)根據編程軟件計算出的工時信息確定完成時間。

(3)遇到緊急加工的零件可以手工調整作業計劃。

(4)可以將作業計劃直接下達給相關機床。

(5)同時可以把作業準備傳遞給機床。

(6)機床可在客戶端中填寫制造記錄。

3.Cyber Tool Management智能刀具管理

（1）對機床內刀具數據進行同步顯示。

（2）對每一把刀具的壽命進行監控。

（3）獨立的刀具數據庫可將工廠內所有刀具納入管理。

（4）根據作業計劃為相關機床進行刀具作業準備。

（5）可以在管理端添加或刪除機床上的刀具信息。

（6）可以跟對刀儀連接進行刀具數據更新。

4.Cyber Monitor智能監控管理

（1）對機床開動率進行統計。

（2）對每一時刻的運轉狀態進行記錄。

（3）對機床主軸負載和轉速監控。

（4）提供各個機床之間的開動對比。

（5）實施狀態顯示。

（6）郵件報警功能。

（7）歷史報警、程序、倍率記錄。

（8）給機床發送短消息。

（9）遠程打開機床運轉畫面。

在馬扎克集團公司，正在實施將日本的4個工廠以及美國、英國、新加坡及中國的9個世界據點網絡化，以此來縮短對客戶的交貨期。同時，此系統作為工廠管理軟件（智能化生產中心）銷售給客戶，給客戶提供服務支持。

結語

智能制造會給未來的社會及制造業帶來什么變化呢？智能化制造的最終目的是提高生產效率和質量，降低制造成本。另外，智能化制造將使制造業的社會化分工更專門和明確化。少數的專業化人才將進行前期大量的智能化裝備設計、集成和調試工作，以及后期的維護工作。而絕大多數操作人員降低了其對專業知識和操作技能的更高要求，更容易適應和滿足操作性的需要。同時，智能化與自動化是相輔相成的，自動化的同步應用，將會大大減少一般性操作人員的數量。“與時消息、與時偕行、與時俱進”（ 出自《易經》 ），讓我們共同攜手，與時俱進，做好思想和行動的準備，共同步入智能化制造的新時代。