智能制造技术和数控加工(浅谈高档数控机床与智能制造)

高档数控机床是指具有高速、精密、智能、复合、多轴联动、网络通信等多功能于一体的数控机床。而高档数控机床发展的高级形态就是智能机床，智能机床是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成与深度融合的产物，它具有自感知、自决策、自诊断、自调节、自适应和即时网络通讯功能。并且随着科技的不断创新，智能机床将作为移动互联网智能终端，成为智能生产系统的关键加工设备。

高档数控机床是装备制造业智能制造的工作母机，是衡量一个国家装备制造业发展水平和产品质量的重要标志。目前，发达国家在高档数控机床监控、测量、补偿、诊断、加工优化等智能化技术上取得的突破，为智能机床的发展提供了技术基础。

而近年来高档数控机床在智能制造方面取得的突出进展主要表现在以下几个方面。

主机的智能化

随着市场竞争的加剧，高档数控机床技术将进一步向高速度、高精度、高可靠性发展。通过提高主轴转数、工作台移动速度等实现高效生产，降低制造成本，从而提升产品的竞争力；高精度体现为加工工件的质量及几何精度越来越高，尤其适用于小型金属结构件及精密加工需求；可靠性主要体现为数控机床无障碍的工作时间，数控机床需要长时间持续地工作，设备的可靠性对提升工作效率、节省生产成本有重大影响。数控机床的技术水平可以从机床的精度、分辨率、进给速度、多轴联动功能、显示功能、通讯功能方面体现。一批数控机床主机制造企业通过科技攻关，在主机上集成应用智能化技术，提高了数控机床的使用性能。

2018年初，济南二机床自主研制的国产首条全伺服高速自动冲压线，日前在上汽通用武汉基地全线贯通，并正式交付使用。该伺服冲压线由一台2000吨多连杆伺服压力机、三台1000吨多连杆伺服压力机以及线首自动上料、双臂送料装置、线尾自动出料等组成，应用了伺服驱动、数控液压、同步控制等多项核心技术。与传统全自动冲压线相比，全伺服线生产节拍可达到每分钟18次，效率提高20%，生产柔性也更加优越，可实现“绿色、智能、融合”的全伺服高速冲压生产。

明勖机械创新研发的SUPERIOR系列中的龙门精密高速冲床CHS-25SP、CHS-40SP和CHD-60SP，面对更复杂更精确的金属高速“成形”冲压工作，独立创新研发的高速偏心驱动的技术，没有多连杆多关节的公差变量，却同样具备了精准的下死点效果，下死点力量发生区的时间充分延长，时间延长达80%以上。三角形床身构造，降低冲压时结构变形量，降低力量损失，增加刚性。

数控系统的智能化

我国高档数控系统实现了从模拟式、脉冲式到全数字总线的跨越，市场占有率由2009年的不足1%提高到目前的7%左右。虽然与国外相比，在功能、性能和可靠性方面仍存在一定差距，但近年来华中数控、广州数控、沈阳高精、大连光洋、北京精雕等单位在多轴联动控制、功能复合化、网络化、智能化和开放性等领域也取得了一定成就。

华中数控的新一代智能数控系统（INC），可实现自感知、自学习等功能。自感知是通过独创的“指令域”大数据汇聚方法，按毫秒级采样周期汇集数控系统内部电控数据、插补数据，以及温度、振动、视觉等外部传感器数据，形成数控加工指令域“心电图”和“色谱图”。

广州数控GSK27系统，采用多处理器实现纳米级控制；采用人性化人机交互界面，菜单可配置，根据人体工程学设计，更符合操作人员的加工习惯；采用开放式软件平台，可以轻松与第三方软件连接；高性能硬件支持最大8通道，64轴控制。提出的数控设备网络化解决方案，可对车间生产状况进行实时监控和远程诊断，目前已实现了基于TCP/IP的远程诊断与维护，降低了售后服务成本，也为故障知识库和加工知识库的建立奠定了基础。

沈阳高精GJ400总线式全数字数控系统，采用基于CompactPCI结构的多处理器硬件平台；具备多任务实时操作系统软件平台、多通道多轴联动控制，以及SSBIII、MECHATROLINKIII和EtherCAT等3种总线接口。实现复合加工控制，最小分辨率达到1nm；同时实现高速、高精度控制，其最小插补周期0.125ms，程序前瞻2000段。

大连光洋GNC60高档数控系统，采用基于光纤介质的高速数控现场总线GLINK2.0；具备高速实时信息点对点传输、多轴的运动指令同步输送、实时内核GRTK、开放式数控系统软件体系结构、支持空间误差补偿、在线刀具测量和工件测量。

北京精雕推出了JD50数控系统，集CAD/CAM技术、测量技术为一体的复合式数控系统，具备在机测量自适应补偿功能。其高精度多轴联动加工控制能力，满足微米级精度产品的多轴加工需求，可用于加工航空航天精密零部件叶轮。

智能制造装备

在汽车制造领域，核心加工装备应用取得了重大进展。数控锻压成形设备的产业化成效最为显著，其中汽车大型覆盖件冲压设备达到世界先进水平，具备了国际市场竞争能力。目前，济南二机床已成功出口福特汽车美国工厂9条生产线，得到了国际同行的认可和尊重，在国际上树立了崭新的品牌形象。2017年6月底，在经过3套模具试模之后，顺利通过福特终验收。福特WSP2项目（图1）包括1台2500t、1台1600t、3台1000t压力机和线首、线尾及压力机间自动化传送系统，安装在福特汽车伍德黑文工厂。福特的第三套模具实现了连续四个小时不间断生产，运行速度接近整线的设计速度每分钟15次，每小时出件800件以上。WSP2整个快速冲压生产线产品运行速度高、产出的零件质量好、服务响应快，福特冲压高级经理福尔南多称WSP2项目是“福特有史以来的所有冲压线中，从交付使用到实现满负荷生产过程最快的一条生产线”。

数字化车间/工厂

苏州胜利精密制造科技股份有限公司建设的“便携式电子产品结构模组精密加工智能制造新模式”是2016年工信部智能制造综合标准化与新模式应用项目，是3C制造领域华东地区第一条智能制造示范线，主要加工国际知名品牌笔记本电脑等3C产品。项目进行了车间整体三维建模和运行仿真。通过网络系统实现了实时数据采集与资源互联，建设了包含配置华中8型数控系统的189台高速高精钻攻中心（图2），108台华数机器人（图3），在线视觉检测设备，抛光和打磨设备的20条柔性自动生产线（19条CNC自动化生产线+1条机器人自动打磨线），实现了制造现场无人化。项目建设包括PLM、三维C