一、前言

近年來，為了更好滿足機床用戶對數控機床“高速、高精、復合、智能、環保”的要求，國內外數控機床企業不斷研制出具備智能化功能的各類數(shu)控(kong)機床。特別是近年來(lai)，隨著機床設計技術、互聯(lian)網(wang)與(yu)(yu)信息技術、人工智(zhi)能技術的發展和應用，數(shu)控(kong)加工逐漸呈現出網(wang)絡(luo)化(hua)與(yu)(yu)智(zhi)能化(hua)的趨勢，數(shu)控(kong)機床的智(zhi)能化(hua)功能也越來(lai)越成(cheng)熟。

筆者參加了近幾年中國機床工具工(gong)業協會(hui)主(zhu)辦的(de)中(zhong)國國際機床(chuang)(chuang)展(zhan)覽(lan)會(hui)（北京，CIMT）和中(zhong)國數(shu)控機床(chuang)(chuang)展(zhan)覽(lan)會(hui)（上海，CCMT），看到部分國外品牌數(shu)控機床(chuang)(chuang)企業的(de)智(zhi)能化(hua)(hua)技(ji)(ji)術，結合國產數(shu)控機床(chuang)(chuang)的(de)發展(zhan)現(xian)狀，深有感觸。本文對幾種(zhong)典(dian)型的(de)國外品牌數(shu)控機床(chuang)(chuang)在智(zhi)能化(hua)(hua)技(ji)(ji)術方面的(de)技(ji)(ji)術特點(dian)進行分析，提出對國產數(shu)控機床(chuang)(chuang)智(zhi)能化(hua)(hua)技(ji)(ji)術的(de)思考和建議。

二、部分境外機床展品智能化新技術

數(shu)(shu)控機床智(zhi)能化新技術主要(yao)體現在世(shi)界(jie)著名的(de)數(shu)(shu)控機床和數(shu)(shu)控系統(tong)企業(ye)的(de)展品中，如(ru)MAZAK（馬扎克）、DMG MORI（德(de)馬吉森精(jing)機）、OKUMA（大(da)隈）、HURCO（赫克）、STARRAG（斯達拉格）、MIKRON（米克朗）、SIEMENS（西門子）、FANUC（發那科）、HEINDENHAIN（海德(de)漢）等。

1、日(ri)本OKUMA（大隈）公司智能化技(ji)術

日本OKUMA公司智能化技術主要包(bao)括：

（1）加(jia)工(gong)條件搜索功(gong)能：MachiningNavi系統依靠(kao)先進(jin)的檢測(ce)和控制功(gong)能，幫助用(yong)戶尋找最(zui)佳加(jia)工(gong)條件。不但能夠(gou)提高加(jia)工(gong)面質量，還對(dui)縮短加(jia)工(gong)時間、提升生(sheng)產效率，以(yi)及延(yan)長刀具壽命(ming)、整合工(gong)序有重要作(zuo)用(yong)。

（2）防撞(zhuang)機功(gong)能：當進行(xing)復(fu)雜動(dong)(dong)作(zuo)(zuo)的(de)多(duo)面(mian)加(jia)工時，機床內(nei)部發(fa)生碰撞(zhuang)的(de)危險也隨之增加(jia)。OKUMA公司(si)利用先進控制技(ji)術實(shi)現(xian)防撞(zhuang)機功(gong)能，可以(yi)實(shi)現(xian)機床自動(dong)(dong)運轉與手動(dong)(dong)操作(zuo)(zuo)時都會在撞(zhuang)機前(qian)停止動(dong)(dong)作(zuo)(zuo)。操作(zuo)(zuo)者可以(yi)專心地進行(xing)加(jia)工，大大縮短了(le)工裝、試件的(de)加(jia)工時間(jian)。

（3）伺(si)(si)服(fu)控制優化功能：通(tong)過自動優化伺(si)(si)服(fu)控制，提高加工精度(du)及加工表面質量。尤其(qi)可(ke)(ke)以提高加工中心的加速度(du)，縮短加工時間。此(ci)外，長(chang)期使用(yong)機床而產生的反轉突起或異音、振動、折(zhe)痕(hen)、鱗狀痕(hen)等可(ke)(ke)立即消除，還可(ke)(ke)長(chang)時間保持高精度(du)、穩定(ding)運行。

（4）測量(liang)、補償幾何(he)誤(wu)(wu)差(cha)功能(neng)：5軸(zhou)加工機(ji)床在傾斜加工軸(zhou)類(lei)零件(jian)和多面體(ti)零件(jian)時，會產生(sheng)旋轉軸(zhou)的軸(zhou)心偏移(yi)等(deng)多種“幾何(he)誤(wu)(wu)差(cha)”。一直以來，只(zhi)能(neng)通(tong)過手工作業花(hua)費大量(liang)時間(jian)對(dui)4種幾何(he)誤(wu)(wu)差(cha)進行補償。5-AxisAuto Tuning System（5軸(zhou)自(zi)動(dong)調諧系統）僅需10分鐘即可實現高達 11種幾何(he)誤(wu)(wu)差(cha)測量(liang)及自(zi)動(dong)補償。

（5）準確控制規則的(de)(de)(de)熱(re)位(wei)移，即“熱(re)親和”功能：機(ji)床周圍的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)及加工過程中產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)熱(re)量，都會對加工精度(du)產(chan)生(sheng)很(hen)大的(de)(de)(de)影(ying)響。OKUMA設計(ji)了接(jie)受溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)，同時擅(shan)于(yu)控制熱(re)位(wei)移的(de)(de)(de)機(ji)床結構。只(zhi)需在(zai)安裝(zhuang)機(ji)床時確認一次(ci)尺(chi)寸(cun)，可大幅減少之后的(de)(de)(de)補償次(ci)數。

OKUMA機床“熱親和”功能實(shi)測效果(guo)

2、日本(ben)MAZAK（馬扎克(ke)）公司智能化技術(shu)

MAZAK公司(si)的Smooth Technology（流(liu)暢技(ji)(ji)術）體現了該公司(si)在機床智能化技(ji)(ji)術的最(zui)(zui)新(xin)發(fa)展。其數(shu)控(kong)(kong)系統(tong)MAZATROL Smooth配(pei)備Windows8 PC的數(shu)控(kong)(kong)系統(tong)以(yi)及先進軟件，極大地提(ti)高了加(jia)工(gong)(gong)(gong)效(xiao)率。通過控(kong)(kong)制直線軸和轉動軸的最(zui)(zui)佳加(jia)速度(du)(du)，使5軸聯動加(jia)工(gong)(gong)(gong)的效(xiao)率提(ti)高30%；利用簡單(dan)調諧功能，可根據加(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)件自(zi)由調整(zheng)加(jia)速度(du)(du)、轉角精度(du)(du)、平(ping)滑度(du)(du)等(deng)參數(shu)，使之最(zui)(zui)優化。客戶(hu)自(zi)身可簡單(dan)方(fang)便地進行加(jia)工(gong)(gong)(gong)時間(jian)優先、加(jia)工(gong)(gong)(gong)面精度(du)(du)優先或加(jia)工(gong)(gong)(gong)形狀(zhuang)優先等(deng)個性化選擇。

Smooth Technology數控系統

MAZAK數控(kong)機(ji)床互聯互通結構

此(ci)外，MAZAK公司(si)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)還具有“全面工(gong)廠經營支(zhi)持”功能，通(tong)(tong)過開放(fang)的系統結構(gou)設(she)計和互聯網技(ji)術，借(jie)助智能手機(ji)、平板(ban)電腦等外部終端對(dui)機(ji)床(chuang)設(she)備的運轉狀況進行(xing)監控(kong)。同時，采用國際標準通(tong)(tong)信協(xie)議(yi)，使(shi)多個不(bu)(bu)同公司(si)的不(bu)(bu)同設(she)備之(zhi)間也(ye)能實現(xian)通(tong)(tong)信。

3、日本FANUC（發那科）公(gong)司(si)智能化(hua)技術

FANUC系(xi)統以提(ti)高機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)控(kong)制(zhi)智能(neng)(neng)(neng)(neng)化(hua)為方向，在其新系(xi)統0iMF上標配了(le)智能(neng)(neng)(neng)(neng)化(hua)功能(neng)(neng)(neng)(neng)群，包(bao)括(kuo)：智能(neng)(neng)(neng)(neng)重(zhong)疊控(kong)制(zhi)、智能(neng)(neng)(neng)(neng)進給軸(zhou)加(jia)減(jian)速、智能(neng)(neng)(neng)(neng)主軸(zhou)加(jia)減(jian)速、智能(neng)(neng)(neng)(neng)自適(shi)應控(kong)制(zhi)、智能(neng)(neng)(neng)(neng)反向間隙補償(chang)、智能(neng)(neng)(neng)(neng)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)前端點控(kong)制(zhi)、智能(neng)(neng)(neng)(neng)剛性攻絲。

FANUC公司(si)數控系統智能化功能群

4、美國HURCO（赫克）公司智能化技術(shu)

美(mei)國HURCO公司(si)主要(yao)設(she)(she)計(ji)并制(zhi)造各類立式加(jia)工中(zhong)(zhong)心(xin)、臥式加(jia)工中(zhong)(zhong)心(xin)、5軸加(jia)工中(zhong)(zhong)心(xin)和車(che)削中(zhong)(zhong)心(xin)，全(quan)部配(pei)套其WinMax? 控制(zhi)系統。其機床產品強調簡化(hua)從圖紙(zhi)設(she)(she)計(ji)到(dao)零件(jian)制(zhi)造的過程，協(xie)助操作者實(shi)現簡潔而優質的加(jia)工。其兩個主要(yao)智能化(hua)特點是：

對話式編(bian)程(cheng)(cheng)：通過圖(tu)形校驗，迅速將圖(tu)紙(zhi)變(bian)為(wei)零件。只需三個步驟：坐標設(she)定、程(cheng)(cheng)序(xu)編(bian)制、加工驗證；

NC/G-代碼(ma)(ma)編程：控(kong)制(zhi)軟件帶有(you)增強型NC編輯(ji)器，增強CAD/CAM的兼(jian)容(rong)性(xing)。在(zai)控(kong)制(zhi)器上以圖形校驗程序(xu)很容(rong)易看到哪些代碼(ma)(ma)正在(zai)被執(zhi)行。

美(mei)國HURCO展出的智能機床

三、對數控機床智能化技術特點的淺析

1、數控機床智能化技術開發(fa)瞄(miao)準(zhun)實際需求

數(shu)(shu)控機(ji)床的(de)主要(yao)功能(neng)是(shi)(shi)執行加工程(cheng)序，高效(xiao)完(wan)成零(ling)(ling)件加工。同時，通過各種(zhong)辦法，保(bao)持加工的(de)穩定性(xing)、可(ke)靠性(xing)和經(jing)濟(ji)性(xing)等。我們(men)可(ke)以(yi)(yi)看(kan)到(dao)，國(guo)外數(shu)(shu)控機(ji)床智能(neng)化技(ji)術(shu)(shu)研發主要(yao)瞄準以(yi)(yi)上功能(neng)進行，即重點關注數(shu)(shu)控加工本身。例如：赫(he)克(ke)公(gong)司(si)認為人與技(ji)術(shu)(shu)之間的(de)關系(xi)是(shi)(shi)：技(ji)術(shu)(shu)應該輔助(zhu)操(cao)作者(zhe)，而不(bu)是(shi)(shi)干擾操(cao)作者(zhe)的(de)思路。技(ji)術(shu)(shu)應該盡量減(jian)少繁瑣和重復的(de)任(ren)務(wu)，使機(ji)械(xie)(xie)師的(de)工作更富有成效(xiao)。技(ji)術(shu)(shu)必須(xu)支持機(ji)械(xie)(xie)師，而不(bu)是(shi)(shi)控制他。赫(he)克(ke)公(gong)司(si)倡導盡力支持和幫助(zhu)用戶(hu)，更快地完(wan)成從(cong)圖紙到(dao)零(ling)(ling)件的(de)過程(cheng)。

2、機床機械(xie)設計與數(shu)控(kong)系(xi)統(tong)智能化協同創(chuang)新

在實(shi)現數(shu)控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)化技術(shu)應(ying)用的(de)過程中，國外機(ji)(ji)床(chuang)企(qi)業(ye)和(he)(he)數(shu)控(kong)系(xi)統(tong)(tong)企(qi)業(ye)各有側重，機(ji)(ji)床(chuang)企(qi)業(ye)偏(pian)重于機(ji)(ji)床(chuang)整體(ti)結構的(de)創新，數(shu)控(kong)系(xi)統(tong)(tong)企(qi)業(ye)偏(pian)重于數(shu)控(kong)系(xi)統(tong)(tong)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)化功(gong)能(neng)(neng)(neng)的(de)提升，但這(zhe)兩者(zhe)相互(hu)合作才能(neng)(neng)(neng)實(shi)現真正(zheng)的(de)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)化。例如：OKUMA公(gong)司(si)“Thermo-Friendly（熱親和(he)(he)設(she)計(ji)）”理念(nian)強調(diao)，機(ji)(ji)床(chuang)的(de)機(ji)(ji)械設(she)計(ji)應(ying)該本著“接受機(ji)(ji)床(chuang)環境和(he)(he)加(jia)工過程的(de)溫度(du)(du)變化”的(de)獨特思路(lu)，使得用戶不必采取特殊措施，便能(neng)(neng)(neng)在普通的(de)工廠實(shi)現高精度(du)(du)加(jia)工。OKUMA公(gong)司(si)的(de)熱補償方案(an)(an)可(ke)用于機(ji)(ji)床(chuang)啟動、再(zai)次加(jia)工、環境溫度(du)(du)變化等(deng)條件下。在這(zhe)個(ge)案(an)(an)例中，機(ji)(ji)床(chuang)的(de)結構設(she)計(ji)如果沒有創新，數(shu)控(kong)系(xi)統(tong)(tong)的(de)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)化功(gong)能(neng)(neng)(neng)則無法實(shi)現。

OKUMA公司機床熱誤差補償的效(xiao)果(guo)

3、互聯網(wang)等新技(ji)術的應用(yong)促進(jin)數控機床智能化技(ji)術發展

早期(qi)，國(guo)外(wai)數(shu)控(kong)(kong)機(ji)床(chuang)智(zhi)(zhi)能(neng)化(hua)重(zhong)點(dian)關注數(shu)控(kong)(kong)機(ji)床(chuang)本身和數(shu)控(kong)(kong)加工(gong)過程(cheng)的(de)(de)智(zhi)(zhi)能(neng)化(hua)。近年來(lai)，國(guo)外(wai)機(ji)床(chuang)企業(ye)也加快了互聯網、工(gong)業(ye)軟件等新技術(shu)在(zai)數(shu)控(kong)(kong)機(ji)床(chuang)智(zhi)(zhi)能(neng)化(hua)技術(shu)方(fang)面的(de)(de)應用，推動機(ji)床(chuang)互聯，集成機(ji)器人等自(zi)動化(hua)設備(bei)，建設智(zhi)(zhi)能(neng)工(gong)廠。

例如，MAZAK公司認為現(xian)代的(de)機械(xie)加工(gong)工(gong)廠對(dui)智能機床的(de)要求應該包括(kuo)：能夠(gou)(gou)接入互聯(lian)網(wang)絡；能夠(gou)(gou)實時向網(wang)絡提供自身(shen)的(de)相關信息(xi)（如：運行狀態、工(gong)作(zuo)(zuo)內容、工(gong)藝數據(ju)、工(gong)作(zuo)(zuo)進度等）；能夠(gou)(gou)從網(wang)絡接受(shou)所需的(de)各種數據(ju)（如：加工(gong)程序、生(sheng)產(chan)計劃、工(gong)藝數據(ju)、生(sheng)產(chan)準(zhun)備信息(xi)等）；通過智能化(hua)的(de)功能最大程度減(jian)少生(sheng)產(chan)準(zhun)備工(gong)作(zuo)(zuo)內容；具有一定的(de)自適應和自診斷能力。

MAZAK公司的“智能(neng)裝備+互(hu)聯網”結構圖

例如，FANUC公司致力于通過(guo)MT-Link協議(yi)推動(dong)互聯網(wang)技術的(de)應用(yong)。MT-Link可(ke)以監控和管理上千臺(tai)數(shu)控機(ji)床的(de)數(shu)據，是一(yi)個可(ke)擴展、即(ji)(ji)插即(ji)(ji)用(yong)的(de)解決方案。

FANUC公司(si)的聯網模型

FANUC公司的(de)網絡結構（使用MT-Link協議）

四、對國產數控機床智能化技術發展的幾點建議

1、瞄準用戶實(shi)際需求，實(shi)現差異化發(fa)展

結合CIMT2019參觀考察和(he)(he)重點(dian)用戶走訪(fang)的(de)(de)情況(kuang)，數(shu)控機床(chuang)(chuang)(chuang)智(zhi)能(neng)化(hua)技術根(gen)據(ju)用戶實際(ji)需(xu)求也可(ke)以分為兩類：高端功(gong)能(neng)和(he)(he)普(pu)(pu)及型(xing)功(gong)能(neng)。高端功(gong)能(neng)包括機床(chuang)(chuang)(chuang)熱循(xun)環控制、機床(chuang)(chuang)(chuang)防碰撞(zhuang)、新一代(dai)人工(gong)智(zhi)能(neng)技術的(de)(de)應(ying)用、圖形化(hua)仿真和(he)(he)編程(cheng)等，普(pu)(pu)及型(xing)功(gong)能(neng)包括熱誤(wu)差(cha)(cha)補償(chang)伺服(fu)優化(hua)、空(kong)間誤(wu)差(cha)(cha)補償(chang)、智(zhi)能(neng)剛性(xing)攻絲、智(zhi)能(neng)加減(jian)速等。國(guo)產數(shu)控機床(chuang)(chuang)(chuang)企業可(ke)以根(gen)據(ju)企業的(de)(de)實際(ji)情況(kuang)和(he)(he)技術復雜(za)程(cheng)度，選擇用戶急需(xu)的(de)(de)、自身具(ju)備開發能(neng)力的(de)(de)研制方向。

2、機床企業(ye)與數控(kong)系統企業(ye)深度合作，協同創新

機床企(qi)業(ye)(ye)和數(shu)控(kong)系(xi)統企(qi)業(ye)(ye)各(ge)有所(suo)長。如果機床企(qi)業(ye)(ye)有豐(feng)富的(de)用(yong)(yong)(yong)戶(hu)加工工藝(yi)(yi)經(jing)驗(yan)，在(zai)熟悉和理(li)解(jie)用(yong)(yong)(yong)戶(hu)需(xu)求(qiu)的(de)基礎上，可以在(zai)機床機械結構方面創(chuang)新。數(shu)控(kong)系(xi)統企(qi)業(ye)(ye)能(neng)為機床企(qi)業(ye)(ye)提供穩(wen)定(ding)(ding)可靠的(de)數(shu)控(kong)系(xi)統平臺，提供開放的(de)二次開發(fa)接口和HMI定(ding)(ding)制功(gong)(gong)能(neng)。雙(shuang)方深度融合(he)，協同(tong)創(chuang)新，就一定(ding)(ding)能(neng)開發(fa)出實用(yong)(yong)(yong)、有效(xiao)的(de)智能(neng)化功(gong)(gong)能(neng)。在(zai)雙(shuang)方的(de)合(he)作(zuo)中，機床企(qi)業(ye)(ye)所(suo)需(xu)要的(de)智能(neng)控(kong)制要求(qiu)、加工工藝(yi)(yi)和使用(yong)(yong)(yong)特色(se)要求(qiu)可方便(bian)地(di)融入到數(shu)控(kong)系(xi)統中；機床企(qi)業(ye)(ye)智能(neng)化機床的(de)銷售，可以進一步強化主機廠的(de)機床品(pin)牌(pai)，增(zeng)加用(yong)(yong)(yong)戶(hu)對(dui)主機廠的(de)忠誠度。

3、探索新一代人工智能技術(shu)(shu)與數控(kong)技術(shu)(shu)深度融合(he)

近年來(lai)，大數(shu)據、云計算和(he)新(xin)一(yi)代(dai)人(ren)工(gong)智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)(neng)技術(shu)(shu)取得了(le)群體性(xing)(xing)、革(ge)命性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)突破。新(xin)一(yi)代(dai)人(ren)工(gong)智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)(neng)技術(shu)(shu)與先進(jin)(jin)制(zhi)造技術(shu)(shu)深度融合所(suo)形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)新(xin)一(yi)代(dai)智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)(neng)制(zhi)造技術(shu)(shu)，成(cheng)為了(le)新(xin)一(yi)輪(lun)工(gong)業(ye)革(ge)命的(de)(de)(de)(de)核心驅動力。專家認為，在國家大力推(tui)進(jin)(jin)智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)(neng)制(zhi)造的(de)(de)(de)(de)形勢下，作為工(gong)業(ye)母(mu)機的(de)(de)(de)(de)機床(chuang)更應(ying)該加速走在前(qian)列，走一(yi)條并行推(tui)進(jin)(jin)、融合發展(zhan)的(de)(de)(de)(de)中國式智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)(neng)制(zhi)造技術(shu)(shu)推(tui)進(jin)(jin)路線，向高質量和(he)創(chuang)新(xin)型發展(zhan)。在此背(bei)景下，數(shu)控(kong)機床(chuang)企(qi)業(ye)需(xu)積極(ji)探索如(ru)何加快智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)(neng)機床(chuang)的(de)(de)(de)(de)研制(zhi)和(he)應(ying)用(yong)，是(shi)步(bu)步(bu)緊跟(gen)國外機床(chuang)企(qi)業(ye)的(de)(de)(de)(de)步(bu)伐，還是(shi)有所(suo)創(chuang)新(xin)和(he)突破？我們建議推(tui)動新(xin)一(yi)代(dai)人(ren)工(gong)智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)(neng)技術(shu)(shu)與數(shu)控(kong)技術(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)融合，形成(cheng)新(xin)一(yi)代(dai)智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)(neng)機床(chuang)，以期為數(shu)控(kong)機床(chuang)產業(ye)帶(dai)來(lai)新(xin)的(de)(de)(de)(de)變革(ge)。