智能数控机床及其技术体系框架

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1、智能数控机床及其技术体系框架冰王勃，杜宝瑞，王碧玲(中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司，沈阳110850)【摘要】首先简要介绍了数控机床的发展趋势，其次结合当前学术界及工业界的实践，对智能机床的概念进行了定义，然后提出了智能机床的技术体系框架，并详细阐述了智能数控系统、智能元器件以及智能化应用技术等智能机床中的关键技术。关键词：智能；数控机床；制造；体系框架DoI：10．16080巧．issn167l一833x．20l6．09．055一‘；-王勃工学博士。毕业于北京航空航天大学航空宇航制造工程专业，主要研究方向为飞机数字化制造及智能制造技术的研究与应用。数控机床发展趋势加工设备的研制技术

2、与制造业水平具有非常紧密的关系。如图l所示，制造业水平的发展历程主要可划分为如下几个阶段。(1)20世纪30年代至50年代：此阶段的加工设+基金项目：智能制造专项综合标准化试验验证项目。备主要是传统的机床，机械加工主要以手工或人工操作传统机床为主；(2)20世纪50年代至70年代：出现了应用电子管、程序纸带等技术的第一代数控机床，能够解决传统机床在曲线或曲面加工中的难题，同时也促进了自动化生产线的发展；(3)20世纪70年代至20世纪末：出现了多功能、复合化的机床，以及较为先进的柔性制造系统，此阶段的先进制造技术主要体现为以信息技术等为核心的计算机集成制造；(4)21世纪初至今，各大厂商在

3、优化机床结构、完善数控计算内核的同时，广泛研究了智能加工、智能维护等技术，制造装备已向智能化方向发展，制造技术也在机械化制造。。。。。。。。。。。_____-_____——圈自动化制造。。。。。。。。。。。。。。。。●●。。。。。。。__——O自动化的基础上逐步向智能制造发展。中国工程学会给出的智能设备技术路线为11】：在2020年前，实现智能感知、智能决策和智能执行，其中主要涉及到工况智能感知技术、智能维护技术、智能工艺规划技术以及智能伺服驱动技术；在2030年前，实现学习、推理和自律，其中主要涉及到智能编程技术、智能数控技术。智能机床概念自20世纪90年代以来，美国国家标准技术研究所、

4、辛辛那提一朗姆公司、英国汉普郡大学等机构都对智能机床进行了研究，世界各知名机床柔性制造1970s～2000s加㈠九0图1加工设备的发展历程智能制造2()00s；爪Fig．1DeVelOpmenloftheprocessingequIpmenf2016年第9期·航空制造技术55笔论坛嗍uM厂商也分别推出了具备智能化功能的先进机床，如图2所示，下面分别对具有代表性的研究进行简要介绍。美国国家标准技术研究所12。3】认为智能机床或智能加工中心应具有如下行为能力：(1)能够感知自身状态和加工能力并能够进行自我标定；(2)能够监视和优化加工行为；(3)能够对工件的加工质量进行评估；(4)具有自学习能

5、力。瑞士米克朗公司『4l认为智能机床能够实现人与机床的互动通信，进而将大量的加工信息提供给操作人员，并能够提供多种工具辅助操作人员优化加工过程；同时，智能机床可以检查自身状态并独立优化工艺，进而提高工艺可靠性和工件加工质量。日本Mazak公司【5l认为智能机床能够进行自我监控，对与机床、加工状态、环境等相关信息进行综合分析，并采取应对措施来保证最优化的加工。综上可见，尽管学术界及工业界尚未给出智能机床的标准定义，但一般认为智能机床应具有自感知、自分析、自适应、自维护、自学习等能力，并能够实现加工优化、实时补偿、智能测量、远程监控和诊断等功能，从而能够支持加工过程的高效运行p刚。智能机床技术

6、体系框架技术等领域，下面分别针对这些领域的关键技术进行简要阐述。1智能数控系统智能数控系统是机床的“大脑”，直接决定了数控机床的智能化水平。智能数控是在传统数控技术的基础上发展而来的，集成了开放式数控系统架构、大数据采集与分析等关键技术。(1)开放式数控系统架构。开放式数控系统是指数控系统遵循公开性、可扩展性、兼容性等原则开发，进而使得应用于机床中的软硬件具备互换性、可移植性、可扩展性和互操作性。开放式数控系统的基本体系结构可分为系统平台和应用软件两大部分，图3所示为某开放式数控系统的体系架构。系统平台是对机床运动部件实施数字量控制的基础部件，包括硬件动态减振．蹴目前工业界对智能机床的研究

7、主要涉及智能数控系统、智能基础元器件以及智能化应用56航空制造技术·2016jIi第919J厂■j■—l’雪1四固图防振动热补偿防碰撞园圈回团智能平衡分析设备维护智能支持图2各知名机床厂商推出的智能化机床功能Fig．2FunctiOnsOfthesmartmachinet00lsprOVidedbyfamOusmanufacturers西篆圈应]I_1适一应自一一适度一一自㈣[瑚一一洲]～躲一D一～掩一朗一一洲一鲇一一b