|
智能化数控系统的内涵 数控系统是机床的“大脑”，其体系结构正在向以PC 为基础的人机界面+ 数控核心+ 现场总线技术的方向发展。由于PC 的丰富资源，在此框架上建立起来的数控系统已经成为市场的主流产品，并在客户化和智能化方向得到了飞速的发展。 传统的数控系统是根据程序指令控制机床的运动来完成零件的加工，所有的动作和加工轨迹都是事先通过程序输入到数控系统中，不管加工条件和环境的变化，数控系统都严格地执行事先下达的命令，成为一个被动的执行者。智能化数控机床要解决的问题就是如何使数控机床根据当前的加工条件和环境，通过自主判断和决策以适应外界的变化，从而保证加工任务顺利地完成。智能化数控机床就是能对自己和环境进行感知，可自行分析各种与机床、加工状态和环境有关的信息，并自行采取应对措施来保证加工过程的最优化。换句话说，机床进化到可根据命令进行自主思考，进而适应柔性和高效生产的要求。数控机床的智能化可分为几个层次。如图1 所示。 智能化的主要趋势如下：
（1）自动识别加工特征的、带有工艺规划的编程系统。 （2）自动防止刀具和工件干涉碰撞，智能刀具监控技术，自主发现刀具存在的问题，并实施相应的应对策略。 （3）对机床振动情况监测，进行机床振动等级评价，借助相应的抑振算法或智能主轴转速调整，自动抑制振动，以提高加工的平稳性和刀具寿命。 （4）自动位置检测和补偿功能，自动补偿主轴、立柱、床身等热变形的影响。 （5）自动补充润滑油和抑制噪音的功能。 （6）机床故障诊断及维护等。 因此，智能化数控系统的配置将根据不同的目标和应用场合，进行选择和组合，有针对、有选择的集成智能化技术，构筑由简单到高级的智能化产品体系。 国外智能化数控系统的发展 德国的西门子、海德汉，日本的FANUC、三菱是在我国应用的主流数控系统，他们都通过增加智能化的功能不断提升产品的性价比，从而赢得市场。西门子数控系统采用模块化的结构设计，从低端的801 到高端的840D系列，已发展成为面向不同应用领域，从简单的客户化到复杂的具有较高智能化的产品。 828D 是西门子最新推出的紧凑型数控系统，它集CNC、PLC、操作界面以及轴控制功能于一体，支持车、铣两种工艺应用。外形简洁紧凑，系统采用NV-RAM 技术进行数据存储与保护，因而无电池、无硬盘、无风扇，免维护。828D 最多可控制6 轴，可进行4 轴联动插补。虽然828D 可控制的轴数、系统的功能和柔性不如840D，但其采用了基于80 位浮点数进行插补计算，纳米计算精度充分保证了系统的控制精确性。可以说828D是一个性能卓越的定制化了的840D 系统。828D 数控系统的智能化体现在： （1）操作智能化。采用图形化用户界面，操作按键采用形象化的图符来代表按钮的功能，如图2 所示。它具有“动画支持”功能，可精确地显示刀具运动，直观显示型腔的螺旋铣削，以及深孔钻削时的排屑和断屑机理等动态过程。 828D 通过ShopMill/ShopTurn 工步式编程方式，采用直观易读的程序编辑器和“动画支持”。，还集成有编程向导“programGUIDE”，将高级语言编程的灵活性和工艺循环编程的便利性得到完美地结合，从而节省大量的编程时间。 （2）加工智能化。在工件准备时828D 只需测量工件边沿、拐角或者内孔，系统会自动确定工件零点偏置包括旋转角度，而不需要找正工件。同样，刀具测量无论使用“触碰法”，还是使用刀具测量系统来对刀，只需按动一键，刀具几何尺寸就会自动保存到刀具补偿中。828D 采用了加加速度控制功能，平滑的加速和减速运动，可以延长机床的使用寿命，进而提高机床的生产力。基于动态前馈控制功能，系统可以在指令值发出之前就计算出跟随误差，并提前进行补偿。从而保证最佳的轮廓精度。除了常规的补偿功能外，828D 还集成的温度补偿功能，可以补偿机床内所有可能的温度变化，从而保证工件加工精度的一致性。 （3）维护智能化。828D 系统具有方便的数据管理功能，可在屏幕上直观的显示所有存储介质，进行本地、网络甚至Internet 上文件数据的传递。备份管理功能（Easy Archive）简化了机床数据的备份及升级工作，通过简单的操作就可将机床数据、用户数据（如补偿数据等）进行分类备份存储管理。828D 通过维护计划“Service Planer”功能集中管理必要的机床维护任务。不用配置任何用户画面，只需将所需要的维护周期输入到维护计划内即可( 例如：在对冷却液进行必要更换之前所剩余的时间）。系统会自动提醒操作员及时对机床进行维护。人们越来越关注机床的服务与支持，短信功能（Easy Message）提供了一个技术平台，使得报警信息、机床维护信息能够以短信的形式通知服务人员，从而大大缩短了客户等待服务的时间。 （4）管理智能化。828D 不仅能够识别刀库中的刀具，而且即使在刀具列表中随意创建的刀具，也可被编程和模拟。只需一个按键，刀具管理功能便可为它搜寻合适的刀套位置。系统支持文字命名刀具，在工件程序中调用该刀具名，这样使刀具管理在整个车间或工厂有了唯一的识别码。
国内智能化数控系统的发展 华中数控、沈阳高精数控和飞阳数控基于PC软硬件平台迅速开发出了具有独立知识产权中高档数控系统。飞阳数控将机床制造厂家和最终用户的经验和知识融入到数控系统中，形成了较有特点的产品。沈阳机床集团将飞阳数控系统同机床一起进行了工业设计，从人机工程的角度将数控系统和机床融合在一起，图4 展示了配置了飞阳数控系统的加工中心。
由于采用了开放的体系结构，飞阳数控系统体现了数控技术和信息技术的发展，其实现智能化的技术路线和途径更加宽广，同时也为客户进行二次开发提供了良好的手段。目前飞阳数控的智能化主要体现在以下几点：
（1）操作智能化。飞阳数控在PC 硬件平台的基础上采用RTAI-Linux开发，人机界面采用了基于CORBA 的技术，使客户化界面定制和互操作方便简单，最大程度地简化用户的操作，降低用户学习和使用的成本。 在传统的G 代码编程方法以外，提供一种全新的图形引导编程方式，基于工序概念，将毛坯到成品的加工过程分解为一系列连续的工序步骤，每一工序使用一条工序语言表示。工序语言除包含工序名称外，还直观显示出当前工序的工艺参数，如使用的刀具、进给速度、进给量、主轴转速等。通过设定刀具类型、刀具材料、工件材料、工件形状和加工方式等参数，由系统自动生成主轴转速、进给速度、进给量等工艺参数的推荐值，如图4 所示。 （2）维护调试智能化。每台机床的机械特性各有差异，因此即便是同样的数控系统，应用于不同的机床时，也需要设定不同的动态优化参数，以提高机床精度。飞阳数控提供智能化的伺服驱动配置工具，快速匹配最佳伺服和电机参数，优化机床动态性能，提高加工精度。飞阳数控另一突出特点是提供了图形化诊断工具用于监控机床各辅助电气部件的工作状态，并且为用户诊断机床电气故障提供帮助，它将每一部件的I/O 点状态、电气或机械原理通过图形方式展现出来，便用户直观地监控其工作状态，诊断相应的电气故障，如图6 所示对数控车床顶尖的诊断图形化界面。 飞阳数控也实现了短信功能，将机床的加工状态以文本信息形式发送到指定的维护或管理人员的手机上，使其第一时间了解到当前机床状态，及时处理已经发生的故障。操作员和维护人员还可以在短信平台上进行互动，所有事件都会记录在日志当中，以方便日后查询和维护。 飞阳数控实现了远程服务功能，将用户工厂的数控机床通过互联网与系统制造商的网络相连，当机床发生故障时，用户可以登录到系统制造商的技术服务网站上，在故障案例库里检索对应的故障解决方案。对于检索不到的疑难故障，还可以开放机床监控端口，上传机床状态、报警信息、参数信息、日志文件等到服务网站上，由系统供应商的专家人员提供远程诊断服务，解决工厂技术人员无法排除的故障。 随着控制技术、驱动技术和自适应技术的不断发展，数控系统的智能化和集成化已成为数控机床研究的重要领域。数控机床不仅延伸了人的体力，还要逐步解决代替脑力劳动问题，包括自主工艺规划、工夹具管理、生产控制和维护管理等，机床将变得越来越”聪明”和人性化。在明天的工厂里，数控机床不仅是一台加工设备，而是工厂管理网络中的一个节点，具备更加广泛的人- 机交互、物- 物通信功能，从而开创数控技术的新纪元。 |
|
|
