5.3 国外智能机床产业发展概述

早在20世纪80年代，美国就曾提出研究发展“自适应控制”机床，但由于当时自动化水平不高，自动化环节如自动检测、自动调节、自动补偿等技术等工业应用还不成熟，虽然有相关的学者和企业进行了不同的尝试和试验，但智能机床的发展依然很缓慢。经过多年的技术积累，在电加工机床（EDM）上实现了“自适应控制”功能。该电加工机床通过对放电间隙、加工工艺参数进行自动选择和调节，提高机床加工精度、效率和自动化。智能机床的发展逐渐受到重视，美国政府出资并联合部分公司和机床厂商，创建了智能机床启动平台计划（ SMPI）。美国国防部累计拨款金额达到1000万美元，参与单位包括美国宇航局（ NASA），通用、波音等政府部门和行业领军企业。这个由公司、政府部门和机床厂商组成的联合体加速了智能机床的研究。

2006年9月在IMTS展会上，日本展出了Mazak公司研发制造的智能机床（ Intelligent Machine），该机床是智能机床技术产业化的重要标志。MAZAK对智能机床进行了定义：机床能对自己进行监控，可自行分析众多与机床、加工状态、环境有关的信息及其他因素，然后自行采取应对措施来保证最优化的加工。换句话说，MAZAK认为智能机床能够进化到可发出信息、可自行进行思考。日本MAZAK智能机床具有以下六大特色：

1）有主动抑制振动的功能。

2）能自动测量和自动补偿，减少高速主轴、立柱、床身热变形的影响。

3）有自动防止刀具和工件碰撞的功能，能够实现智能安全屏障。

4）有自动补充润滑油和抑制噪声的功能。

5）数控系统具有特殊的人机对话功能，在编程时能在监测画面上显示出刀具轨迹等，进一步提高了切削效率。

6）机床故障能进行远距离诊断。

日本Okuma（大隈）公司展出了名为“THINC”的智能数字控制系统（Intelligent Numerical Control System）。“THINC”是英文“思想”（think）和“数控”（NC）的结合，表明该数控系统具备与人一样的思想能力。Okuma认为当前经典的数控系统的设计（结构）、执行和使用三个方面已经过时，对它进行根本性变革的时机已经到来。Okuma说，THINC不仅可在不受人的干预下，对变化了的情况作出“聪明的决策”（smart decision），还可使机床在用户使用过程中以增量的方式使其功能在应用中自行不断增长，并会更加自适应新的情况和需求，更加容错，更容易编程和使用。总之，在不受人工干预的情况下，机床将为用户带来更高的生产效率。

GE Fanuc公司引入了一套监控和分析方案用于名为效率机床4.0的智能机床上，它通过收集机床和其他设备复杂的基本数据而提供的富有洞察力的、可指出原因的分析方法。另外它提供一套远程诊断工具，从而使不出现故障的平均时间最长而用于修理的时间最短。它还能用于计算机维护管理系统中监控不同的现场。

辛辛那提公司的多任务加工中心设计的软件是智能机床的典型例子，它可探测到B旋转轴的不平衡条件。该软件装备了SINUMERIK 840D控制系统，新的平衡传感器能够监控Z轴运转情况，当运转发生错误时，传感器能够准确和迅速地感受到不平衡。在传感器探测到不平衡信号后，由一套平衡辅助程序计算，产生出一张能够确定出不平衡所在位置的显示图，并计算需要进行多少补偿。该技术已成功用于Giddings&Lewis的立式车床上。

米克朗系列化的模块（软件和硬件）是该公司在智能机床领域的成果。不同“智能机床”模块的目标是将切削加工过程变得更透明、控制更方便。为此，必须首先建立用户和机床之间的通信。其次，还必须在不同切削加工优化过程中为用户提供工具，以显著改善加工效能。最后，机床必须能独立控制和优化切削过程，从而改善工艺安全性和工件加工质量。米克朗的“高级工艺控制系统（ APS）”模块是一套监视系统，它使用户能观察和控制切削加工过程。它是特为高性能和高速切削而开发的，而且能很好地用于其他切削加工系统。“无线通知系统（RNS）”模块开启了通信和灵活性的新纪元。通过这一系统，用户能接收米克朗加工中心的运行情况信息。通过移动电话的短信形式，用户就能知道机床的操作状态和程序执行状态。全球首创、独家拥有的“智能操作人员支持系统（ OSS）”能根据工件的结构和加工要求，优化加工过程。通过易用的用户界面，用户可以方便地设定目标尺寸、转速、精度和表面粗糙度以及工件重量和加工的复杂程度等参数并能随时修改。

米克朗HSM系列高速铣削加工中心可配置聪明加工系统，其功能之一就是加工过程监控，以便用户观察铣削过程是否正常。其原理是在电主轴壳体中前端轴承附近安装了加速度传感器，使铣削过程中产生的振动能够以加速度“g载荷”值的形式显示。当振动超过预定值时，系统报警并自动停机。

德马吉森精机的CELOS系统改变了传统机床生产加工的方式，简化和加快了从构思到成品的过程，并且还奠定了无纸化生产的基础。直观上CELOS最明显的特点是带多点触控功能的统一用户界面。CELOS应用程序（CELOS APPS）可使用户实现对订单、工艺流程数据和机床数据的一体化数字管理、记录存档和可视化处理。此外，CELOS还与生产排程系统（PPS）和企业资源计划系统（ERP）兼容，可与计算机辅助设计（CAD）/计算机数控系统（CAM）的应用联网，并有可能扩展成面向未来的CELOS应用程序。通过CELOS应用程序菜单，操作人员就像使用智能手机一样直接访问所有可用的应用程序。应用程序分为5组，分别为生产、设备、技术支持、配置和机床视图，可以进行服务代理、刀具管理、任务规划、在线显示系统的功能，实现将计划与生产统一为一体。

Mazak公司的“Smooth Technology”（流畅技术）体现了智能机床的最新发展。其数控系统MAZATROL Smooth配备Windows 8PC的数控系统以及先进软件，极大地提高了加工效率。通过控制直线轴和转动轴的最佳加速度，使五轴联动加工的效率提高30%；利用简单调谐功能，可根据加工工件自由调整加速度、转角精度、平滑度等参数，使之最优化。客户自身可简单方便地进行加工时间优先、加工面精度优先或加工形状优先等个性化选择。此外，还具有“全面工厂经营支持”功能：通过开放的系统结构设计，借助智能手机、平板电脑等外部终端对设备的运转状况进行监控。机床在运行过程中，振动和温升往往是影响加工质量和加工效率的因素。大隈公司的OSP系统针对这两个问题开发的智能模块，通过抑制温升保证了加工稳定性；通过选择振动区间，保证了工件精度和表面粗糙度；通过模拟加工条件，避免撞击，保障加工安全的同时大幅缩短停机准备时间。

从国外智能机床的发展状况可知，智能机床已经取得了部分功能和技术上的突破和产业化，然而目前的智能仍然处于“低水平”的智能以及单项技术的应用阶段，智能机床技术的应用与研究也主要集中于少数知名企业。