数控机床智能化技术

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1、论坛FORUM数控机床智能化技术IntelligentTechnologyofCNCMachineTool中航工业北京航空制造工程研究所邵泽明　关大力数控机床向高速、高效、高精化发展，要求数控机床具有热补偿、振动监测、磨损监测、状态监测与故障诊断等智能功能。融合几个或几种智能传感器，采用人工智能方法，通过识别、分析、判断及推理，实现数控机床的智能功能，为智能部件的实现打下基础。DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.05.046智能机床最早出现在赖特（P·数控系统，开启了数控机床智能化[2]邵泽明 K·Wright）与伯恩（D·A·B

2、ourne）时代。博士，毕业于南京航空航天大学。1998年出版的智能制造研究领域的本文从传感器出发，将数控机床现在中航工业航空制造工程研究所从事首本专著《智能制造》（Manufacturing的智能技术按层次划分为智能传感高档数控机床与航空专用装备研发工[1]作，主要研究电气控制、智能技术、计算Intelligence）中。由于对先进制造器、智能功能、智能部件、智能系统等机视觉等，参与多项《高档数控机床与业具有重要作用，智能技术引起各个部分，对智能技术进行了总结，指出基础制造装备》国家科技重大专项。国家的重视。美国推出了智能加工不足，揭示了发展方向，并对未来进平

3、台计划（SMPI）；欧洲实施“Next行了展望。GenerationProductionSystem”研究；德国推出了“Industry4.0”计划；中智能传感器信息化、智能化是新工业革命时国中长期科技发展对“数字化智能由机床、刀具、工件组成的数控代的象征，也是先进制造业的发展方化制造技术”提出了迫切需求，并制机床制造系统在加工过程中，随着材向。智能化是信息化的高级阶段，能定了相应的“十二五”发展规划；在料的切除，伴随着多种复杂的物理现够进一步提高制造系统的适应能力2006年美国芝加哥国际制造技术象，隐含着丰富的信息[3]。在这种动和自动化水平，实现人的脑力劳动

4、展览会（IMTS2006）上，日本Mazak态、非线性、时变、非确定性环境中，（部分）在机械中的固化。数控机床公司推出的首次命名为“Intelligent数控机床自身的感知技术是实现智作为最基本的制造单元或制造系统，Machine”的智能机床和日本Okuma能化的基本条件。实现智能化是必然的发展趋势。公司推出的命名为“thinc”的智能数控机床要实现智能，需要各种46航空制造技术·2015年第5期FutureMachineTool未来机床表1数控机床可用传感器数控机床在加工过程中的热源传感器类型功能典型器件人类感官包括轴承、滚珠丝杠、电机、齿轮箱、视觉测量、监控

5、光敏传感器眼导轨、刀具等。这些部件的升温会引听觉监听声敏传感器耳起主轴延伸、坐标变化、刀具伸长等味觉检测化学传感器舌变化，造成机床误差增大。由于温度嗅觉检测气敏传感器鼻敏感点多、分布广，温度测试点位置热优化设计很重要，主要方法有遗传算力触觉测量温敏、压敏、口、皮肤等法、神经网络、模糊聚类、粗糙集、信电流流体等传感器[6]息论、灰色系统等。在确定了温度电压测点的基础上，常用神经网络、遗传传感器收集外部环境和内部状态信算法、模糊逻辑、灰色系统、支持向量息，近似人类五官感知环境变化的功智能功能[7]机等来进行误差预测与补偿。能，如表1所示。对人来讲，眼睛是数控机床向高

6、速、高效、高精化在航空航天领域，随着钛合金、五官中最重要的感觉器官，能获得发展，要求数控机床具有热补偿、振镍合金、高强度钢等难加工材料的广90％以上的环境信息，但视觉传感器动监测、磨损监测、状态监测与故障泛应用，以及高速切削条件下，切削在数控机床中的应用还比较少。随诊断等智能功能。融合几个或几种量的不断增大，刀具、工件间很容易着自动化和智能化水平的提高，视觉智能传感器，采用人工智能方法，通发生振动，严重影响工件的加工精度功能在数控机床中将发挥越来越重过识别、分析、判断及推理，实现数控和表面质量。由于切削力是切削过要的作用。机床的智能功能，为智能部件的实现程的原始

7、特征信号，最能反映加工过随着MEMS（微机电系统）技术、打下基础。程的动态特性，因此可以借助切削力嵌入技术、智能材料与结构等技术的数控机床的误差包括几何误差、监测与预报进行振动监测。借助测发展，传感器趋向小型化。MEMS微热（变形）误差、力（变形）误差、装配力仪、力传感器、进给电机的电流等，传感器、薄膜传感器以及光纤传感器误差等。研究表明，几何误差、热误利用粒子群算法、模糊理论、遗传算等微型传感器的成熟应用，为传感器差占到机床总误差的50%以上，是法、灰色理论等对切削力进行建模和[8]嵌入数控机床奠定了基础。影响机床加工精度的关键因素，如图预测。考虑到引起机床振

8、动的原[5]由于制造过程