【機床商務(wù)網(wǎng) 市場分析】智能機床是智能制造的基礎(chǔ)。如今，機床智能化發(fā)展極大地推進了我國機床行業(yè)的發(fā)展，助推國產(chǎn)機床走向世界，創(chuàng)造了更多的價值。本文，同濟大學(xué)現(xiàn)代制造技術(shù)研究所名譽所長張曙教授對智能機床的現(xiàn)狀進行分析以及對未來的展望。以下為主要內(nèi)容。
 

　　智能機床是智能制造的基礎(chǔ)。機床智能化可分為3個方面：①機床部件本身，包括主軸單元、進給驅(qū)動、結(jié)構(gòu)件的智能化，用以抑制振動和熱變形補償?shù)龋虎?a target="_blank" href="http://www.467cc.cn/chanpin-4463.html">數(shù)控系統(tǒng)智能化，從加工設(shè)備控制器進化到工廠網(wǎng)絡(luò)的終端，生產(chǎn)數(shù)據(jù)能夠自動采集，實現(xiàn)機床與機床、機床與各級管理系統(tǒng)的實時通信，使生產(chǎn)透明化，融入企業(yè)的組織和管理，締造智能化工廠；③機床智能化和網(wǎng)絡(luò)化為制造資源社會共享、構(gòu)建異地的、虛擬的云工廠創(chuàng)造了條件，從而邁向共享經(jīng)濟新時代，創(chuàng)造更多的價值。
 

　　傳統(tǒng)的數(shù)控機床是按照G指令和M指令驅(qū)動機床部件，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，對機床的實際工作狀態(tài)并無感知和反饋。機床在工作過程中，在切削力、慣性力、摩擦力以及內(nèi)部和環(huán)境熱載荷的作用下，產(chǎn)生變形和振動，導(dǎo)致刀具的實際路徑偏離理論路徑，降低加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
 

　　智能機床的核心在于構(gòu)建一個基于模型的閉環(huán)加工系統(tǒng)。借助溫度、加速度和位移等傳感器監(jiān)測機床工作狀態(tài)和環(huán)境的變化，實時進行調(diào)節(jié)和控制，優(yōu)化切削參數(shù)，抑制或消除振動，補償熱變形，充分發(fā)揮機床的潛力。智能機床的另一功能是網(wǎng)絡(luò)通信，它是工廠網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點，可實現(xiàn)機床之間和車間管理系統(tǒng)的相互通信，提高生產(chǎn)系統(tǒng)效率和效益。
 

　　智能主軸
 

　　智能主軸的特征是自主性、自學(xué)習(xí)、兼容性和開放性。從感知到?jīng)Q策到控制，再到執(zhí)行是實現(xiàn)智能的四部曲。主軸的智能化分為兩類：①與主軸結(jié)構(gòu)相關(guān)，即對溫度或熱誤差、主軸平衡、主軸健康的監(jiān)控和控制，進而實現(xiàn)溫度控制和熱誤差補償、不平衡度監(jiān)控和主動平衡、主軸元器件損壞和失效監(jiān)控與基于主軸實際狀態(tài)的預(yù)測維護。②與加工過程有關(guān)，對顫振、刀具狀態(tài)、主軸干涉的監(jiān)控和控制，從而實現(xiàn)顫振的辨識及抑制和控制、刀具磨損和破損監(jiān)測、刀具變形補償、有效預(yù)防干涉與碰撞。
 

　　瑞士StepTec智能主軸是智能主軸的范例，它的智能化系統(tǒng)由電感軸向位移傳感器、熱電偶溫度監(jiān)控、主軸診斷模塊、拉桿位置傳感系統(tǒng)、加速度計振動測量、前軸承液壓預(yù)緊載荷系統(tǒng)組成。可通過V3D三維振動測量和SDS主軸診斷軟件優(yōu)化主軸性能;通過AMS軸向位移傳感器、TMS溫度控制系統(tǒng)、SDM主軸診斷模塊進行誤差控制。
 

圖1 基于模型的閉環(huán)加工系統(tǒng)
 

　　德國Prometec公司的主軸傳感系統(tǒng)和分析(Spindle Sensor System and Analysis，3SA)環(huán)由固定的外環(huán)和旋轉(zhuǎn)的內(nèi)環(huán)組成，可安裝在任何電主軸的前端，實現(xiàn)主軸智能化。安裝在主軸殼體上的固定外環(huán)上分布有傳感器，與安裝在主軸上的旋轉(zhuǎn)內(nèi)環(huán)相互作用，進行主軸工作狀態(tài)監(jiān)控。3SA環(huán)可記錄主軸的載荷狀態(tài)、監(jiān)控軸承或主軸的損傷和不平衡度，將信號發(fā)送給機床數(shù)控系統(tǒng)，補償主軸的位置誤差。3SA環(huán)提高了主軸的可用性和性能、以及知識的積累，實現(xiàn)基于主軸工作狀態(tài)的維護，同時進行刀具和加工過程的監(jiān)控。3SA環(huán)記錄主軸工況變化的所有數(shù)據(jù)，如連接計算機或數(shù)控系統(tǒng)人機界面可隨時顯示，并對近90次變化進行趨勢分析。
 

　　智能機床結(jié)構(gòu)
 

　　日本Makino T4鈦合金加工機床的力控制智能導(dǎo)軌是一種控制導(dǎo)軌表面摩擦力與切削力保持平衡而消除振動的方法，其原理是借助測微計測量移動部件與導(dǎo)軌之間的間隙，控制伺服閥，調(diào)整氣墊腔的上浮力，從而改變摩擦力，抵消切削力的變化。
 

　　增加機床結(jié)構(gòu)的阻尼可減小受激振動的振幅，并使其很快衰減。機床結(jié)構(gòu)阻尼器有兩種：調(diào)諧阻尼器與主動阻尼器。調(diào)諧阻尼器(Turned Damping Device)是在主體結(jié)構(gòu)上附加一定質(zhì)量比的振動系統(tǒng)，用相位差來抵消振動，同時吸收能量并轉(zhuǎn)化成熱能耗散，兼具動力吸振和阻尼性能改善。主動阻尼器(Active Damping Device，ADD)是借助傳感器感知機床結(jié)構(gòu)的振動，經(jīng)放大后轉(zhuǎn)換成電信號，通過動圈式作動器改變機床主體結(jié)構(gòu)的阻尼性能，抑制其振動。主動阻尼器具有頻率響應(yīng)范圍寬、慣性質(zhì)量小、安裝方便等優(yōu)點。