张曙教授浅析智能机床发展现状及展望

作者:拉萨市机床加工   来源:拉萨市机床加工厂   时间:2020-06-24 22:40

智能机床是智能制造的基础。目前,机床的智能化发展极大地促进了中国机床工业的发展,将国产机床推向世界,创造了更多的价值。本文由同济大学现代制造技术研究所所长张舒博士阐述了智能机床的现状并展望了未来。以下是第一个内容。智能机床是智能制造的根本。机床智能可分为三个方面:机床部件本身,包括立式机床加工单元、进给驱动和布局零件智能,用于抑制振动和热变形补偿;(2)智能数控系统,从加工设备的主人到车间采集的终端,可以主动采集生产数据,实现机床与机床、机床与各级经济管理系统的实时通信,使生产清晰,融入企业组织和治理,创造智能车间;机床的智能化和集成化为制造资源的社会化共享和远程虚拟云车间的建设创造了前提,从而步入共享经济的新时代,创造更多价值。传统的数控机床根据G指令和M指令驱动车床的零件,实现刀具和工件的相对运动,对机床的实际工作状态没有感知和反馈。在加工过程中,在切削力、惯性力、摩擦力以及内部和条件热载荷的影响下,机床发生变形和振动,导致刀具的实际路径偏离理论路径,降低了加工精度、综合质量和生产效率。智能机床的重点是建立基于模型的闭环加工系统。借助温度、加速度和位移等传感器,我们可以监控机床的工作条件和变化,实时调整和控制它们,优化切削参数,抑制或消除振动,补偿热变形,并丰富机床的潜力。智能机床的另一个功能是采集通信,它是车间采集的一个节点,可以实现机床和车间搬运系统之间的通信,提高生产系统的效率和效益。智能主轴智能主轴具有自主性、自学性、兼容性和开放性的特点。从感知到计划,到节制,再到执行,这是实现智慧的三部曲。主轴的智能化可分为两大类:与主轴结构相关,即监控和掌握温度或热误差、主轴平衡和主轴健康,从而根据主轴的实际情况实现温度控制和热误差补偿、不平衡监控和自动平衡、主轴部件损坏和故障监控以及前景维护。(2)与加工过程、监控和掌握颤振、刀具状态和主轴干涉相关,实现颤振识别、抑制和掌握、刀具磨损和破损监控、刀具变形补偿、干涉和碰撞的有效预防。瑞士StepTec智能主轴是智能主轴的一个例子。其智能系统由电感轴向位移传感器、热电偶温度监测、主轴诊断模块、拉杆位置传感系统、加速度计振动测量和前轴承液压预紧系统组成。主轴功能可通过V3D振动测量和传感和诊断系统主轴诊断软件进行优化。过程AMS轴向位移传感器、TMS温度控制系统和SDM主轴诊断模块用于误差控制。

图1德国Prometec公司基于模型的闭环加工系统主轴传感器系统和分析(3SA)环由固定外环和扭曲内环组成,可安装在任何电主轴的前端,实现主轴智能化。传感器分布在安装在主轴外壳上的固定外环上,与安装在主轴上的扭转内环相互作用,以监控主轴的工作状态。3SA环可以记录主轴的负载情况,监测轴承或主轴的损坏和不平衡,并将标准送至机床数控系统,补偿主轴的位置误差。3SA环提高了主轴的可用性和功能性,以及常识的积累,实现了基于主轴工作状态的维护,同时监控刀具和加工过程。3SA环记录了罕见的主轴工况变化数据,如相邻辩论机或数控系统的人机界面可随时显示,并可解释近90次变化的趋势。智能机床布局日本牧野T4钛合金加工机床的力控智能导轨是一种控制导轨外摩擦力和切削力平衡、消除振动的方法。其原因是用千分尺、主伺服阀测量运动部件与导轨之间的间隙,调整气垫腔的浮力,从而改变摩擦力,抵消切削力的变化。增加机床结构的阻尼可以减小激振的振幅,使其迅速衰减。机床结构有两种阻尼器:调谐阻尼器和自动阻尼器。转向减振装置是在主体结构上增加一个不可避免的质量比的振动系统,它利用相位差来抵消振动,接收能量并将其转化为热能进行耗散,同时具有动态减振和减振功能的改善。主动阻尼装置(ADD)通过传感器感知机床结构的振动,并将其放大后转化为电气标准。加工动圈执行器改变机床主体布局的阻尼功能,抑制其振动。自动阻尼器具有频响范围宽、惯性质量小、安装方便等优点。(产地:福高工业在线)