CIMT2021看点四：智能技术，高档数控机床的标志和发展方向
2021-3-22 来源：中国机床工具工业协会 作者：符祚钢
四、智能技术，高档数控机床的标志和发展方向
今天的制造业正面临着许多挑战，深受产品多样化、产品寿命周期短、人口老龄化、劳动力短缺等问题的困扰。智能制造成为了制造业转型升级的一个必然选择。智能机床则是实现智能制造的基础。
当前，世界领先的机床工具制造商、控制系统提供商都在大力研发智能机床产品。智能化已经成为高档数控机床的标志和发展方向。机床智能化技术主要解决的问题有：提高加工效率、提高加工精度、保证机床的运行安全、改善人机界面、实现辅助加工和管理功能。
海德汉（Heidenhain）的TNC 640数控系统的动态碰撞监测（DCM）功能，能在碰撞即将发生之前，停止机床运动，并发出警报信息，从而提高操作人员和加工设备的安全性。该数控系统的动态高效（Dynamic Efficiency）功能，将主动振颤控制（ACC）、自适应进给控制（AFC）、摆线铣、优化轮廓铣（OCM）四个功能集成在一起，能最大限度地发挥机床和刀具潜能，同时减轻机械负载，提高加工效率。实际应用中，材料切除速度可提高20-25 %。
发那科（FANUC）数控系统的主轴负载、进给轴加减速、主轴加减速、温度控制、反向间隙补偿等智能功能，能自动调整切削参数，实现高质量、高效率的加工。
华中数控的iNC人工智能数控系统，采用AI智能芯片，运用AI智能算法，具有工艺参数优化、智能热误差补偿、空间误差补偿、主轴自动避振、智能断刀检测及寿命管理、加工过程视觉监控、机床健康保障、二维码诊断、iNC-Cloud数控云管家等功能，可实现自主感知、自主学习、自主决策、自主执行，提高加工效率和加工质量。
马扎克（MAZAK）公司的Intergrex i-350H S搭载了其新一代数控系统 MAZATROL Smooth Ai，能够帮助机床实现一系列智能化操作。例如，在机床加工工件过程中，Smooth Ai系统可以通过Ai确定优化加工工艺（Solid Mazatrol）；应用传感器采集的数据，基于机床自学习算法自动调整主轴转速（Smooth Ai Spindle），提高生产效率以及表面加工质量；还可以根据检测到的温度变化，根据人工智能学习算法，自动确定补偿值（Ai Thermal Shield），从而确保稳定的加工精度。
OKUMA的车铣复合机床MULTUS U3000具有热误差补偿、几何误差补偿、防碰撞等智能功能，搭载的OSP P300A数控系统，不仅集成了车削功能导航、主轴功率检测、卡盘压力计算等应用，还引入了AI诊断功能，能够分析并灵活应用OSP了解的全部传感器信息，自我诊断进给轴的状态，提高生产安全性、加工稳定性，减少停机时间，提高生产效率。
济南二机床的TH6513A精密卧式铣镗加工中心，集成了其自主研发的机床PHM健康管理系统。在机床主轴、各传动轴、液压、润滑等系统关键部位安装有温度、振动、压力、流量等传感器。PHM系统通过实时分析传感器采集的数据，对机床进行健康诊断，根据系统设定的级别进行预警和机床保养提示。
秦川机床集团宝鸡机床BL5i智能卧式车床、BM5i智能立式加工中心等多款展品，融合了新一代人工智能技术、先进制造技术和传感器技术，具有装配质量一致性检测、机床健康状态评估、智优曲面加工、动态轮廓误差补偿、热误差补偿、断刀检测、刀具寿命管理、远程运维与监控等一系列智能化功能，实现机床的加工质量提升、工艺参数优化、设备健康保障、数字生产管理。
武重的HBA6916/60X30数控落地铣镗床，立柱、主轴箱采用热对称结构，具有良好的刚性和热稳定性，配备温度传感器检测主轴轴承的温度，具有高温报警保护功能。可选配主轴刀具内冷功能。
北一集团将展出的北二B2-K1026随动式数控磨床，具有磨削过程中程序变换编辑、机床状态监控、故障自诊断及异常报警等控制功能。
格力智能的五轴立加GF-FA500，具有五轴联动加工防碰撞功能，运动轴全闭环控制，全直驱传动，适用于叶轮、叶片、精密模具等复杂曲面的精密加工。立加GA-CV960，传动系统配置冷却温控系统，具有主轴热补偿控制功能、智能自适应控制的高效加工技术，以及表面加工精细处理技术，适合模具、精密零件的加工。
日本YASDA的立式镗铣加工中心YBM640V，在通过采用高刚性结构、预载荷自动调整高速主轴、机体温控系统、高精度补偿功能HAS4等措施，展现其高精度优势的同时，在数字化技术领域也不甘人后，搭载其独创的控制系统YASDA MiPS，具有维护演示、自诊断、刀具管理、主轴功率监视等数字化管理功能。
日本Makino的五轴卧加A500Z，采用冷却装置主动控制运动轴的温升，保证机床的精度稳定，具有语音人机交互、防碰撞等智能功能。
德国哈默公司的五轴立式加工中心C 650 U，具有切削振颤抑制、机床振动抑制、自适应进给、负载自适应控制、诊断维护系统以及远程维护等智能功能，提高加工质量和加工精度，保障机床设备的安全运行。其信息监控以及刀具管理系统能提高机床设备的利用效率。
WFL公司的M50铣车复合加工中心，具有实时防碰撞功能，随时检测各轴的位置和速度，只允许已经通过碰撞检测的运动，无需考虑“反应时间”这种不确定因素。用户可以自行确定各种碰撞的最小安全距离。这个防碰撞功能也可离线使用，在外部计算机工作站进行模拟仿真，对整个工艺过程以及加工程序进行优化。其自适应控制功能可自动调节主轴转速和扭矩、进给速度、冷却液压力和流量。
萨瓦尼尼将展出的PX精华型折弯中心，集成了其专利的智能化板材特性自动补偿技术MAC 2.0，通过智能传感器和独特的算法，能够在折弯时检测板材的材料特性（回弹系数、拉伸强度），以及环境的变化（如环境温度），并自动补正折弯力度。在大幅提升首件产品合格率的同时也保证了批量产品质量的一致性，保证每个工件的折弯效果一致，大大降低了测试时间和废品率。
湖北三环PPEB-EFL160/40智能折弯单元的机器视觉系统，能根据工件的展开形状，自动调用数控折弯机加工程序、机器人轨迹控制程序以及自动更换相应手爪。其激光在线角度测量系统，可保证每件折弯工件精度合格。其智能互联功能，可与用户MES系统进行通讯。
济南邦德S4020激光切割机的智能激光切割系统，具有切割图形智能排版、智能寻边、自动定位、加工参数工艺库、激光头自动调焦、自动交换切割头等智能功能，能实现不同厚度板材的高效、高品质切割加工。
南通麦斯铁的MBW系列电液伺服数控液压折弯机，配激光角度测量仪，具有动态挠度补偿功能，能够自动修正实现智能折弯，获得15'的高精准折弯成型结果，确保可重复折弯精度。
深圳吉兰丁公司的智能加工软件，具有刀具断裂、刀具磨损防碰撞、热误差补偿等功能，能够提高数控机床加工精度，保障机床设备安全，提高加工效率。
森拉天时的ToolScope加工过程监控系统，具有多个功能模块：过程监控（TS-PM）、刀具磨损监控（TS-WEAR）、自适应进给控制（TS-AFC）、碰撞监测（CD）、机床状态监控（TS-CM）、换刀日志记录（TS-TCLog）、机床数据分析（TS-MDA）、过程质量文档记录（TS-ORep）、网络功能（TS-Connect）。这些功能模块通过数控系统内部数据或加装的传感器，获知设备的运行情况。将这些数据进行存储及可视化处理，并借助于专有的算法技术，实现加工过程监控，提高加工质量和加工效率，保障设备安全。
从已知展品看，智能技术不仅体现在主机和软件上，一些功能部件也开始注入各种智能技术。
舍弗勒的主轴轴承监测系统SpindleSense，可以对主轴进行长时间的监控，以防止主轴发生撞刀；自动再润滑系统DuraSense，可以通过振动信号检测直线导轨系统或滚动轴承的摩擦学状态，自动控制润滑系统，确保直线循环滚珠或滚子轴承和导轨组件安全可靠地运行。
THK在其直线滚动导轨上安装一个专门的传感器，用来收集导轨的运动数据。这些数据通过特定的算法来识别直线滚动导轨的润滑和损坏情况，实现自动润滑和预防性维护。
上海瑞曼将展出的瑞士Lehmann四轴和五轴转台分度头，能够监控和测量转速、电机外壳内压、温度、湿度和震动。
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