加工中心更加智能化

    全球制造業(yè)已充分認(rèn)識到運(yùn)用高科技制造機(jī)床的重要性，因此制造工序中的智能化和自動(dòng)化方案也順理成章地成為下一個(gè)加工中心時(shí)代的熱點(diǎn)。智能化和自動(dòng)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(jìn)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(shí)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(shí)間的主要手段是盡可能縮短換刀時(shí)間和機(jī)床定位時(shí)間，以及較高的加減速。隨著機(jī)械和電子技術(shù)的發(fā)展，高速的換刀時(shí)間已經(jīng)可以做到1s以下，直線電機(jī)的應(yīng)用把機(jī)床的快速移動(dòng)速度提高到了120m/s，因此，要想進(jìn)一步提高效率就必須另辟蹊徑，從生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)線的管理入手，大幅提升機(jī)床的開動(dòng)率來提升整體的效率，還有加強(qiáng)售后服務(wù)的效率和手段，減少設(shè)備故障對開動(dòng)率的影響，充分挖掘設(shè)備的潛力。

    但傳統(tǒng)的機(jī)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(shí)效性較差，另一方面數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性也值得懷疑，解決問題的關(guān)鍵是讓信息在整個(gè)工廠中暢通無阻的流動(dòng)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(dòng)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(shí)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(gè)成形的理念，這對于用戶來說也是一大特色，就是在一臺機(jī)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(diǎn)。因此，存在最大的阻力是，如何使機(jī)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(jī)床標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(diǎn)，但是強(qiáng)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(jī)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(gè)方面會影響加工效率：

    （1）機(jī)床進(jìn)給軸的移動(dòng)速度。采用滾珠直線導(dǎo)軌大大降低傳動(dòng)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(fù)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(fù)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(dòng)性，特別在精加工時(shí)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(hù)的內(nèi)置型自潤滑部件，實(shí)現(xiàn)20000km免維護(hù)的效果，與自動(dòng)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(jī)維護(hù)機(jī)床的時(shí)間。

    （2）在批量生產(chǎn)中，因?yàn)橛懈鼡Q刀具磨損或折斷而影響加工的時(shí)間，所以都采用了大容量刀庫，實(shí)現(xiàn)刀具壽命管理，可將因更換刀具而影響加工時(shí)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(jìn)行，這樣又減少了在加工區(qū)域內(nèi)的非切削時(shí)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(dá)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(dòng)化滲透

    黃建文先生：如果要想達(dá)到適時(shí)掌握和控制機(jī)床工作狀態(tài)的要求，就必須將智能化和自動(dòng)化滲透到加工過程中去，這就要求機(jī)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(jìn)行傳輸，而且還要求機(jī)床具有智能化的功能，機(jī)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(jī)床隨時(shí)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(jī)床的工作狀態(tài)和任務(wù)完成的情況隨時(shí)傳回網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障的時(shí)候也能夠及時(shí)將故障信息傳送給相關(guān)的人員或者機(jī)床的生產(chǎn)廠家，以便及時(shí)處理相關(guān)問題。而且隨著自動(dòng)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(qiáng)，否則，一個(gè)時(shí)時(shí)都需要人來干預(yù)處理的自動(dòng)化是毫無意義的，如刀具是有壽命的，在自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中一個(gè)智能化的系統(tǒng)會隨時(shí)跟蹤刀具的壽命，當(dāng)?shù)毒叩膲勖�累�?jì)到設(shè)定值時(shí)會自動(dòng)通知操作人員及時(shí)更換刀具或者自動(dòng)調(diào)用備用刀具繼續(xù)加工，從而保證了自動(dòng)化的連續(xù)運(yùn)行。

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

    現(xiàn)在人工費(fèi)用越來越高，自動(dòng)化的實(shí)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(dòng)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(dòng)化的不僅只有加工，還有對機(jī)床的調(diào)整。在使用過程中，機(jī)床由于磨損，精度會喪失。對此DMG研發(fā)了一項(xiàng)功能，可以在最短的時(shí)間內(nèi)（40s）把機(jī)床的精度恢復(fù)到出廠精度，而在此之前調(diào)整時(shí)間可能需要一天。這也意味著客戶可以自己完成對機(jī)床的調(diào)整。

    尹緒紅先生：先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)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(jī)床廠商能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)有的各類功能，實(shí)現(xiàn)智能化，使機(jī)床具有個(gè)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(shí)現(xiàn)辦公室管理的需要對運(yùn)行中的機(jī)器進(jìn)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(jī)床與電腦聯(lián)接起來，監(jiān)控機(jī)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(jìn)行程序的輸入和輸出。我們某些系統(tǒng)開發(fā)的出發(fā)點(diǎn)，是為了實(shí)現(xiàn)客戶在模具加工中實(shí)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(shí)還要利用某種軟件來進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，以獲得上佳的位置精度。該軟件可以監(jiān)控機(jī)床的重要部位的熱變形，實(shí)行連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)控（包括進(jìn)給軸的進(jìn)給率、主軸轉(zhuǎn)速、主軸溫度和機(jī)床床身溫度），使用復(fù)雜的運(yùn)算法則來進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，從而獲得高的位置精度和加工精度。

智能化和自動(dòng)化的進(jìn)程

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

    今后，我們可以越來越多的進(jìn)行遠(yuǎn)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(jī)床的停機(jī)率來體現(xiàn)的。

    黃建文先生：目前智能化一方面向著單機(jī)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(qiáng)大。在單機(jī)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(jī)床以及每個(gè)工位的加工狀態(tài)實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)地了解到加工現(xiàn)場的工作情況和計(jì)劃的執(zhí)行情況，以便及時(shí)下達(dá)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(jì)可以完全由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行。