一、前言

近年來(lái)，為了更好滿(mǎn)足機床用戶(hù)對數控機床“高速、高精、復合、智能、環(huán)?！钡囊?，國內外數控機床企業(yè)不斷研制出具備智能化功能的各類(lèi)數控機床。特別是近年來(lái)，隨著(zhù)機床設計技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)與信息技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展和應用，數控加工逐漸呈現出網(wǎng)絡(luò )化與智能化的趨勢，數控機床的智能化功能也越來(lái)越成熟。

筆者參加了近幾年中國機床工具工業(yè)協(xié)會(huì )主辦的中國國際機床展覽會(huì )（北京，CIMT）和中國數控機床展覽會(huì )（上海，CCMT），看到部分國外品牌數控機床企業(yè)的智能化技術(shù)，結合國產(chǎn)數控機床的發(fā)展現狀，深有感觸。本文對幾種典型的國外品牌數控機床在智能化技術(shù)方面的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析，提出對國產(chǎn)數控機床智能化技術(shù)的思考和建議。

二、部分境外機床展品智能化新技術(shù)

數控機床智能化新技術(shù)主要體現在世界著(zhù)名的數控機床和數控系統企業(yè)的展品中，如MAZAK（馬扎克）、DMG MORI（德馬吉森精機）、OKUMA（大隈）、HURCO（赫克）、STARRAG（斯達拉格）、MIKRON（米克朗）、SIEMENS（西門(mén)子）、FANUC（發(fā)那科）、HEINDENHAIN（海德漢）等。

1、日本OKUMA（大隈）公司智能化技術(shù)

日本OKUMA公司智能化技術(shù)主要包括：

（1）加工條件搜索功能：MachiningNavi系統依靠先進(jìn)的檢測和控制功能，幫助用戶(hù)尋找最佳加工條件。不但能夠提高加工面質(zhì)量，還對縮短加工時(shí)間、提升生產(chǎn)效率，以及延長(cháng)刀具壽命、整合工序有重要作用。

（2）防撞機功能：當進(jìn)行復雜動(dòng)作的多面加工時(shí)，機床內部發(fā)生碰撞的危險也隨之增加。OKUMA公司利用先進(jìn)控制技術(shù)實(shí)現防撞機功能，可以實(shí)現機床自動(dòng)運轉與手動(dòng)操作時(shí)都會(huì )在撞機前停止動(dòng)作。操作者可以專(zhuān)心地進(jìn)行加工，大大縮短了工裝、試件的加工時(shí)間。

（3）伺服控制優(yōu)化功能：通過(guò)自動(dòng)優(yōu)化伺服控制，提高加工精度及加工表面質(zhì)量。尤其可以提高加工中心的加速度，縮短加工時(shí)間。此外，長(cháng)期使用機床而產(chǎn)生的反轉突起或異音、振動(dòng)、折痕、鱗狀痕等可立即消除，還可長(cháng)時(shí)間保持高精度、穩定運行。

（4）測量、補償幾何誤差功能：5軸加工機床在傾斜加工軸類(lèi)零件和多面體零件時(shí)，會(huì )產(chǎn)生旋轉軸的軸心偏移等多種“幾何誤差”。一直以來(lái)，只能通過(guò)手工作業(yè)花費大量時(shí)間對4種幾何誤差進(jìn)行補償。5-AxisAuto Tuning System（5軸自動(dòng)調諧系統）僅需10分鐘即可實(shí)現高達 11種幾何誤差測量及自動(dòng)補償。

（5）準確控制規則的熱位移，即“熱親和”功能：機床周?chē)臏囟茸兓凹庸み^(guò)程中產(chǎn)生的熱量，都會(huì )對加工精度產(chǎn)生很大的影響。OKUMA設計了接受溫度變化，同時(shí)擅于控制熱位移的機床結構。只需在安裝機床時(shí)確認一次尺寸，可大幅減少之后的補償次數。

2、日本MAZAK（馬扎克）公司智能化技術(shù)

MAZAK公司的Smooth Technology（流暢技術(shù)）體現了該公司在機床智能化技術(shù)的最新發(fā)展。其數控系統MAZATROL Smooth配備Windows8 PC的數控系統以及先進(jìn)軟件，極大地提高了加工效率。通過(guò)控制直線(xiàn)軸和轉動(dòng)軸的最佳加速度，使5軸聯(lián)動(dòng)加工的效率提高30%；利用簡(jiǎn)單調諧功能，可根據加工工件自由調整加速度、轉角精度、平滑度等參數，使之最優(yōu)化?？蛻?hù)自身可簡(jiǎn)單方便地進(jìn)行加工時(shí)間優(yōu)先、加工面精度優(yōu)先或加工形狀優(yōu)先等個(gè)性化選擇。

此外，MAZAK公司數控機床還具有“全面工廠(chǎng)經(jīng)營(yíng)支持”功能，通過(guò)開(kāi)放的系統結構設計和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，借助智能手機、平板電腦等外部終端對機床設備的運轉狀況進(jìn)行監控。同時(shí)，采用國際標準通信協(xié)議，使多個(gè)不同公司的不同設備之間也能實(shí)現通信。

3、日本FANUC（發(fā)那科）公司智能化技術(shù)

FANUC系統以提高機床控制智能化為方向，在其新系統0iMF上標配了智能化功能群，包括：智能重疊控制、智能進(jìn)給軸加減速、智能主軸加減速、智能自適應控制、智能反向間隙補償、智能機床前端點(diǎn)控制、智能剛性攻絲。

4、美國HURCO（赫克）公司智能化技術(shù)

美國HURCO公司主要設計并制造各類(lèi)立式加工中心、臥式加工中心、5軸加工中心和車(chē)削中心，全部配套其WinMax 控制系統。其機床產(chǎn)品強調簡(jiǎn)化從圖紙設計到零件制造的過(guò)程，協(xié)助操作者實(shí)現簡(jiǎn)潔而優(yōu)質(zhì)的加工。其兩個(gè)主要智能化特點(diǎn)是：

對話(huà)式編程：通過(guò)圖形校驗，迅速將圖紙變?yōu)榱慵?。只需三個(gè)步驟：坐標設定、程序編制、加工驗證；

NC/G-代碼編程：控制軟件帶有增強型NC編輯器，增強CAD/CAM的兼容性。在控制器上以圖形校驗程序很容易看到哪些代碼正在被執行。

三、對數控機床智能化技術(shù)特點(diǎn)的淺析

1、數控機床智能化技術(shù)開(kāi)發(fā)瞄準實(shí)際需求

數控機床的主要功能是執行加工程序，高效完成零件加工。同時(shí)，通過(guò)各種辦法，保持加工的穩定性、可靠性和經(jīng)濟性等。我們可以看到，國外數控機床智能化技術(shù)研發(fā)主要瞄準以上功能進(jìn)行，即重點(diǎn)關(guān)注數控加工本身。例如：赫克公司認為人與技術(shù)之間的關(guān)系是：技術(shù)應該輔助操作者，而不是干擾操作者的思路。技術(shù)應該盡量減少繁瑣和重復的任務(wù)，使機械師的工作更富有成效。技術(shù)必須支持機械師，而不是控制他。赫克公司倡導盡力支持和幫助用戶(hù)，更快地完成從圖紙到零件的過(guò)程。

2、機床機械設計與數控系統智能化協(xié)同創(chuàng )新

在實(shí)現數控機床智能化技術(shù)應用的過(guò)程中，國外機床企業(yè)和數控系統企業(yè)各有側重，機床企業(yè)偏重于機床整體結構的創(chuàng )新，數控系統企業(yè)偏重于數控系統智能化功能的提升，但這兩者相互合作才能實(shí)現真正的智能化。例如：OKUMA公司“Thermo-Friendly（熱親和設計）”理念強調，機床的機械設計應該本著(zhù)“接受機床環(huán)境和加工過(guò)程的溫度變化”的獨特思路，使得用戶(hù)不必采取特殊措施，便能在普通的工廠(chǎng)實(shí)現高精度加工。OKUMA公司的熱補償方案可用于機床啟動(dòng)、再次加工、環(huán)境溫度變化等條件下。在這個(gè)案例中，機床的結構設計如果沒(méi)有創(chuàng )新，數控系統的智能化功能則無(wú)法實(shí)現。

3、互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的應用促進(jìn)數控機床智能化技術(shù)發(fā)展

早期，國外數控機床智能化重點(diǎn)關(guān)注數控機床本身和數控加工過(guò)程的智能化。近年來(lái)，國外機床企業(yè)也加快了互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)軟件等新技術(shù)在數控機床智能化技術(shù)方面的應用，推動(dòng)機床互聯(lián)，集成機器人等自動(dòng)化設備，建設智能工廠(chǎng)。

例如，MAZAK公司認為現代的機械加工工廠(chǎng)對智能機床的要求應該包括：能夠接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )；能夠實(shí)時(shí)向網(wǎng)絡(luò )提供自身的相關(guān)信息（如：運行狀態(tài)、工作內容、工藝數據、工作進(jìn)度等）；能夠從網(wǎng)絡(luò )接受所需的各種數據（如：加工程序、生產(chǎn)計劃、工藝數據、生產(chǎn)準備信息等）；通過(guò)智能化的功能最大程度減少生產(chǎn)準備工作內容；具有一定的自適應和自診斷能力。

四、對國產(chǎn)數控機床智能化技術(shù)發(fā)展的幾點(diǎn)建議

1、瞄準用戶(hù)實(shí)際需求，實(shí)現差異化發(fā)展

結合CIMT2019參觀(guān)考察和重點(diǎn)用戶(hù)走訪(fǎng)的情況，數控機床智能化技術(shù)根據用戶(hù)實(shí)際需求也可以分為兩類(lèi)：高端功能和普及型功能。高端功能包括機床熱循環(huán)控制、機床防碰撞、新一代人工智能技術(shù)的應用、圖形化仿真和編程等，普及型功能包括熱誤差補償伺服優(yōu)化、空間誤差補償、智能剛性攻絲、智能加減速等。國產(chǎn)數控機床企業(yè)可以根據企業(yè)的實(shí)際情況和技術(shù)復雜程度，選擇用戶(hù)急需的、自身具備開(kāi)發(fā)能力的研制方向。

2、機床企業(yè)與數控系統企業(yè)深度合作，協(xié)同創(chuàng )新

機床企業(yè)和數控系統企業(yè)各有所長(cháng)。如果機床企業(yè)有豐富的用戶(hù)加工工藝經(jīng)驗，在熟悉和理解用戶(hù)需求的基礎上，可以在機床機械結構方面創(chuàng )新。數控系統企業(yè)能為機床企業(yè)提供穩定可靠的數控系統平臺，提供開(kāi)放的二次開(kāi)發(fā)接口和HMI定制功能。雙方深度融合，協(xié)同創(chuàng )新，就一定能開(kāi)發(fā)出實(shí)用、有效的智能化功能。在雙方的合作中，機床企業(yè)所需要的智能控制要求、加工工藝和使用特色要求可方便地融入到數控系統中；機床企業(yè)智能化機床的銷(xiāo)售，可以進(jìn)一步強化主機廠(chǎng)的機床品牌，增加用戶(hù)對主機廠(chǎng)的忠誠度。

3、探索新一代人工智能技術(shù)與數控技術(shù)深度融合

近年來(lái)，大數據、云計算和新一代人工智能技術(shù)取得了群體性、革命性的突破。新一代人工智能技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合所形成的新一代智能制造技術(shù)，成為了新一輪工業(yè)革命的核心驅動(dòng)力。專(zhuān)家認為，在國家大力推進(jìn)智能制造的形勢下，作為工業(yè)母機的機床更應該加速走在前列，走一條并行推進(jìn)、融合發(fā)展的中國式智能制造技術(shù)推進(jìn)路線(xiàn)，向高質(zhì)量和創(chuàng )新型發(fā)展。在此背景下，數控機床企業(yè)需積極探索如何加快智能機床的研制和應用，是步步緊跟國外機床企業(yè)的步伐，還是有所創(chuàng )新和突破？我們建議推動(dòng)新一代人工智能技術(shù)與數控技術(shù)的融合，形成新一代智能機床，以期為數控機床產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的變革。

來(lái)源：蘭光創(chuàng )新