加工中心更加智能化

    全球制造業(yè)已充分認識到運用高科技制造機床的重要性，因此制造工序中的智能化和自動化方案也順理成章地成為下一個加工中心時代的熱點。智能化和自動化是怎樣提高生產(chǎn)效率的？如何滲透到加工過程中的？未來又有哪些發(fā)展方向？讓我們帶著這些問題共同關(guān)注加工中心的未來。

效率的進一步提升

    黃建文先生：影響加工效率的因素有很多，傳統(tǒng)提高效率的方式主要是增大主軸的功率、提高主軸的轉(zhuǎn)速，減少輔助時間，加上刀具技術(shù)和刀具材料的不斷發(fā)展，使得加工的效率大大提高。減少輔助時間的主要手段是盡可能縮短換刀時間和機床定位時間，以及較高的加減速。隨著機械和電子技術(shù)的發(fā)展，高速的換刀時間已經(jīng)可以做到1s以下，直線電機的應(yīng)用把機床的快速移動速度提高到了120m/s，因此，要想進一步提高效率就必須另辟蹊徑，從生產(chǎn)線的自動化水平和生產(chǎn)線的管理入手，大幅提升機床的開動率來提升整體的效率，還有加強售后服務(wù)的效率和手段，減少設(shè)備故障對開動率的影響，充分挖掘設(shè)備的潛力。

    但傳統(tǒng)的機床仍然停留在依靠車間基層管理人員的手工記錄上，這樣的信息一方面時效性較差，另一方面數(shù)據(jù)的真實性和準確性也值得懷疑，解決問題的關(guān)鍵是讓信息在整個工廠中暢通無阻的流動起來。還有就是缺乏售后服務(wù)的手段，售后服務(wù)還是停留在被動服務(wù)的階段，設(shè)備的故障信息被一級級傳遞，從而耽誤解決問題的時間。

    陸俊杰先生 DMG（中國）銑床產(chǎn)品經(jīng)理：DMG 從15年前就已經(jīng)開始了對整體加工效率提升的研究，已經(jīng)具備一個成形的理念，這對于用戶來說也是一大特色，就是在一臺機床上完成粗加工和精加工的工序，DMG也是依次完成各產(chǎn)品的研發(fā)的。對于加工中心效率的提高，首先需要其在粗加工和精加工中都要有很好的體現(xiàn)，尤其是在粗加工中，要兼顧高扭矩和高功率的特點。因此，存在最大的阻力是，如何使機床的主軸，在同樣的轉(zhuǎn)速下，扭矩也保持最大，如DMG的HSC系列，該系列的機床標準轉(zhuǎn)速是 28000r/min，這也是HSK 63A刀柄承受的最高轉(zhuǎn)速，也就是說同樣的刀柄直徑情況下，該系列機床的粗加工能力要大得多。

    另外，從整體加工上來看，5軸加工仍是提升效率的熱點，但是強調(diào)5軸加工工藝的廠家很多，但能真正利用的還不到買家的5%。尤其是5軸機床配備的軟件，非常特殊，更需國內(nèi)CAD/CAM的迅速崛起。

尹緒紅先生：在大批量生產(chǎn)中，主要有以下幾個方面會影響加工效率：

    （1）機床進給軸的移動速度。采用滾珠直線導(dǎo)軌大大降低傳動副的摩擦力，但其剛性不及方形導(dǎo)軌，所以O(shè)KK公司臥式加工中心采用負載高剛性的圓柱滾子直線導(dǎo)軌，其與滾珠直線導(dǎo)軌相比在負載變化很大的情況下，摩擦力變化卻不大，這樣的特性提高了其對數(shù)控指令的隨動性，特別在精加工時更有卓越表現(xiàn)。另外，該圓柱滾子直線導(dǎo)軌采用了免維護的內(nèi)置型自潤滑部件，實現(xiàn)20000km免維護的效果，與自動潤滑裝置相比不會消耗大量的潤滑脂，節(jié)約成本并且節(jié)約停機維護機床的時間。

    （2）在批量生產(chǎn)中，因為有更換刀具磨損或折斷而影響加工的時間，所以都采用了大容量刀庫，實現(xiàn)刀具壽命管理，可將因更換刀具而影響加工時間減少到最低。另外OKK將鉆頭、絲攻類刀具的斷刀檢測安排在刀庫側(cè)進行，這樣又減少了在加工區(qū)域內(nèi)的非切削時間。

    （3）高壓刀具中心出水裝置也必不可少，增加排屑量和切削液直達刀尖，散熱快延長刀具壽命，切削更加輕快，提高效率。

    （4）電主軸被廣泛應(yīng)用，轉(zhuǎn)速也不斷地提高，但主軸的剛性、扭矩與切削速度與刀具的相適應(yīng)和共同提高的問題需要得到研究解決。

智能化和自動化滲透

    黃建文先生：如果要想達到適時掌握和控制機床工作狀態(tài)的要求，就必須將智能化和自動化滲透到加工過程中去，這就要求機床必須具備網(wǎng)絡(luò)功能，有了網(wǎng)絡(luò)才能將工作過程中的各種數(shù)據(jù)進行傳輸，而且還要求機床具有智能化的功能，機床必須能夠提供基本的工作狀態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)，這樣數(shù)據(jù)的傳輸才有意義，機床隨時通過網(wǎng)絡(luò)接受工作的指令和需要的程序和刀具的相關(guān)數(shù)據(jù)，并把機床的工作狀態(tài)和任務(wù)完成的情況隨時傳回網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障的時候也能夠及時將故障信息傳送給相關(guān)的人員或者機床的生產(chǎn)廠家，以便及時處理相關(guān)問題。而且隨著自動化水平提高，相關(guān)的輔助功能的調(diào)度和信號的處理以及刀具的管理都需要加強，否則，一個時時都需要人來干預(yù)處理的自動化是毫無意義的，如刀具是有壽命的，在自動運轉(zhuǎn)過程中一個智能化的系統(tǒng)會隨時跟蹤刀具的壽命，當(dāng)?shù)毒叩膲勖�累計到設(shè)定值時會自動通知操作人員及時更換刀具或者自動調(diào)用備用刀具繼續(xù)加工，從而保證了自動化的連續(xù)運行。

    陸俊杰先生：2007年我們在智能化和自動化方面有了一個很大的動作——與德國一家專門做自動化項目生產(chǎn)廠的合并。此后DMG在智能化生產(chǎn)線，包括自動化流水線方面有了非常大的提升。值得強調(diào)的是，在工序智能化上，十多年前我們就開發(fā)了人機對話系統(tǒng)，屬于機床上的一大突破。

    現(xiàn)在人工費用越來越高，自動化的實現(xiàn)對于生產(chǎn)商是非常重要的，降低了依賴于人力的不穩(wěn)定性。自動化的出現(xiàn)也使得加工的恒定性得到了最佳的控制，而且成本降低。體現(xiàn)智能化和自動化的不僅只有加工，還有對機床的調(diào)整。在使用過程中，機床由于磨損，精度會喪失。對此DMG研發(fā)了一項功能，可以在最短的時間內(nèi)（40s）把機床的精度恢復(fù)到出廠精度，而在此之前調(diào)整時間可能需要一天。這也意味著客戶可以自己完成對機床的調(diào)整。

    尹緒紅先生：先進的數(shù)控系統(tǒng)具有實時用戶宏程序，C語言程序執(zhí)行器，宏程序執(zhí)行器等功能，機床廠商能夠?qū)崿F(xiàn)獨有的各類功能，實現(xiàn)智能化，使機床具有個性化。如我們開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)(NET MONITOR)，就是應(yīng)對客戶實現(xiàn)辦公室管理的需要對運行中的機器進行記錄和監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)使用以太網(wǎng)將各機床與電腦聯(lián)接起來，監(jiān)控機床的工作狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)，管理加工記錄，通過電腦進行程序的輸入和輸出。我們某些系統(tǒng)開發(fā)的出發(fā)點，是為了實現(xiàn)客戶在模具加工中實現(xiàn)加工速度與更好的精度要求的統(tǒng)籌兼顧，體現(xiàn)在粗加工中軟件優(yōu)先考慮速度，精加工中優(yōu)先考慮尺寸精度，特別在轉(zhuǎn)角和圓弧面。有時還要利用某種軟件來進行自動補償，以獲得上佳的位置精度。該軟件可以監(jiān)控機床的重要部位的熱變形，實行連續(xù)動態(tài)監(jiān)控（包括進給軸的進給率、主軸轉(zhuǎn)速、主軸溫度和機床床身溫度），使用復(fù)雜的運算法則來進行適當(dāng)?shù)难a償，從而獲得高的位置精度和加工精度。

智能化和自動化的進程

    陸俊杰先生：在 2007年EMO上推出的虛擬機床，是自動化最好的表現(xiàn)。之前的工件都是要在機床上進行測試的，并要占用很長時間來調(diào)試，才能達到連續(xù)加工的目的。這使得機床停機時間非常長，效率及其低。虛擬機床的誕生解決了這些問題，用戶可以在電腦上對工件進行加工演示，包括毛坯形狀、精加工質(zhì)量，甚至加工所用時間計算等，都與現(xiàn)實的加工100%的相像。這使得加工非常安全，排除了碰撞的危險。

    今后，我們可以越來越多的進行遠程監(jiān)控。工作人員越來越少，使得加工效率會越來越高，加工效率也是由機床的停機率來體現(xiàn)的。

    黃建文先生：目前智能化一方面向著單機智能化更高的水平發(fā)展，一方面向著集群化甚至智能工廠的方向發(fā)展。如MAZAK公司的MATRIX在原有的智能化基礎(chǔ)上又增加了語音導(dǎo)航功能，智能熱屏障和智能干涉碰撞防止等功能，智能化的功能更加強大。在單機的智能化網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，開發(fā)智能生產(chǎn)中心管理軟件是非常必要的，可以通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場每臺機床以及每個工位的加工狀態(tài)實時反饋到管理者和相關(guān)部門的電腦上，使管理者以及相關(guān)部門在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方都可以實時地了解到加工現(xiàn)場的工作情況和計劃的執(zhí)行情況，以便及時下達相應(yīng)指令。另外，數(shù)控系統(tǒng)的雙向通信功能可以讓管理軟件直接調(diào)用其工況記錄數(shù)據(jù)庫，使得工場工作量的統(tǒng)計可以完全由計算機自動進行。