智能機(jī)床最早出現(xiàn)在賴特(P·K·Wright)與伯恩(D·A·Bourne)1998年出版的智能制造研討領(lǐng)域的首本專著《智能制造》(Manufacturing Intelligence)中。由于對(duì)先進(jìn)制造業(yè)具有重要作用，智能技術(shù)引起各個(gè)國(guó)家的注重。美國(guó)推出了智能加工途徑計(jì)劃(SMPI)；歐洲實(shí)施 “Next Generation Production System”研討；德國(guó)推出了“Industry 4.0”計(jì)劃；我國(guó)中長(zhǎng)期科技展開對(duì)“數(shù)字化智能化制造技術(shù)”提出了火燎需求，并擬定了相應(yīng)的“十三五”展開規(guī)劃；在2006年美國(guó)芝加哥國(guó)際制造技術(shù)博覽會(huì)(IMTS2006)上，日本Mazak公司推出的首次命名為“Intelligent Machine”的智能機(jī)床和日本Okuma公司推出的命名為“thinc”的智能數(shù)控系統(tǒng)，敞開了數(shù)控機(jī)床智能化年代。 本文從傳感器啟航，將數(shù)控機(jī)床的智能技術(shù)按層次劃分為智能傳感器、智能功用、智能部件、智能系統(tǒng)等部分，對(duì)智能技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，指出缺少，提醒了展開方向，并對(duì)未來進(jìn)行了展望。
智能傳感器由機(jī)床、刀具、工件組成的數(shù)控機(jī)床制造系統(tǒng)在加工進(jìn)程中，跟著材料的切除，伴跟著多種凌亂的物理現(xiàn)象，隱含著豐厚的信息。在這種動(dòng)態(tài)、非線性、時(shí)變、非斷定性環(huán)境中，數(shù)控機(jī)床本身的感知技術(shù)是完結(jié)智能化的基本條件。 數(shù)控機(jī)床要完結(jié)智能，需求各種傳感器搜集外部環(huán)境和內(nèi)部情況信息，近似人類五官感知環(huán)境改動(dòng)的功用，如表1所示。對(duì)人來講，眼睛是五官中最重要的感覺器官，能取得90%以上的環(huán)境信息，但視覺傳感器在數(shù)控機(jī)床中的運(yùn)用還比較少。跟著自動(dòng)化和智能化水平的前進(jìn)，視覺功用在數(shù)控機(jī)床中將發(fā)揮越來越重要的作用。表1數(shù)控機(jī)床可用傳感器。
跟著MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)、嵌入技術(shù)、智能材料與結(jié)構(gòu)等技術(shù)的展開，傳感器趨向小型化。MEMS微傳感器、薄膜傳感器以及光纖傳感器等微型傳感器的老到運(yùn)用，為傳感器嵌入數(shù)控機(jī)床奠定了基礎(chǔ)。 由于制造進(jìn)程中存在不可猜想或不能預(yù)料的凌亂現(xiàn)象和乖僻問題，以及所監(jiān)測(cè)到的信息存在時(shí)效性、精確性、完整性等問題，因此，要求傳感器具有分析、推理、學(xué)**等智能，這要求傳感器要有高功用智能處理器來充當(dāng)“大腦”。美國(guó)高通公司正在研制能夠仿照人腦作業(yè)的人工智能系統(tǒng)微處理器。將來可通過半導(dǎo)體集成技術(shù)，將高功用人工智能系統(tǒng)微處理器與傳感器、信號(hào)處理電路、I/O接口等集成在同一芯片上，構(gòu)成大規(guī)模集成電路式智能傳感器，不但具有檢測(cè)、辨認(rèn)、回想、分析等功用，而且具有自學(xué)**乃至思維能力。信賴跟著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、MEMS技術(shù)、高新材料技術(shù)、無線通信技術(shù)等不斷前進(jìn)，智能傳感器將會(huì)在數(shù)控機(jī)床智能感知方面帶來全新革新。
智能功用數(shù)控機(jī)床向高速、高效、高精化展開，要求數(shù)控機(jī)床具有熱補(bǔ)償、振動(dòng)監(jiān)測(cè)、磨損監(jiān)測(cè)、情況監(jiān)測(cè)與缺點(diǎn)確診等智能功用。交融幾個(gè)或幾種智能傳感器，選用人工智能方法，通過辨認(rèn)、分析、判別及推理，完結(jié)數(shù)控機(jī)床的智能功用，為智能部件的完結(jié)打下基礎(chǔ)。 數(shù)控機(jī)床的過失包括幾何過失、熱(變形)過失、力(變形)過失、裝置過失等。研討標(biāo)明，幾何過失、熱過失占到機(jī)床總過失的50%以上，是影響機(jī)床加工精度的要害要素，如圖1所示。其間，幾何過失是制造、裝置進(jìn)程中構(gòu)成的與機(jī)床結(jié)構(gòu)本身有關(guān)的過失，隨時(shí)間改動(dòng)不大，歸于靜態(tài)過失，過失猜想模型相對(duì)簡(jiǎn)略，能夠通過系統(tǒng)的補(bǔ)償功用得到有效控制，而熱過失隨時(shí)間改動(dòng)很大，歸于動(dòng)態(tài)過失，過失猜想模型凌亂，是國(guó)際研討的難點(diǎn)和搶手。
數(shù)控機(jī)床在加工進(jìn)程中的熱源包括軸承、滾珠絲杠、電機(jī)、齒輪箱、導(dǎo)軌、刀具等。這些部件的升溫會(huì)引起主軸延伸、坐標(biāo)改動(dòng)、刀具伸長(zhǎng)等改動(dòng)，構(gòu)成機(jī)床過失增大。由于溫度靈敏點(diǎn)多、散布廣，溫度測(cè)試點(diǎn)方位優(yōu)化規(guī)劃很重要，首要方法有遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、迷糊聚類、粗糙集、信息論、灰色系統(tǒng)等[6]。在斷定了溫度測(cè)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，常用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、迷糊邏輯、灰色系統(tǒng)、支撐向量機(jī)等來進(jìn)行過失猜想與補(bǔ)償。
在航空航天領(lǐng)域，跟著鈦合金、鎳合金、高強(qiáng)度鋼等難加工材料的廣泛運(yùn)用，以及高速切削條件下，切削量的不斷增大，刀具、工件間很容易發(fā)生振動(dòng)，嚴(yán)重影響工件的加工精度和表面質(zhì)量。由于切削力是切削進(jìn)程的原始特征信號(hào)，最能反映加工進(jìn)程的動(dòng)態(tài)特性，因此能夠憑仗切削力監(jiān)測(cè)與預(yù)告進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)。憑仗測(cè)力儀、力傳感器、進(jìn)給電機(jī)的電流等，運(yùn)用粒子群算法、迷糊理論、遺傳算法、灰色理論等對(duì)切削力進(jìn)行建模和猜想�？紤]到引起機(jī)床振動(dòng)的原因首要有主軸、絲杠、軸承等部件，也能夠搜集這些部件的振動(dòng)、切削力、聲發(fā)射等信號(hào)，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、迷糊邏輯、支撐向量機(jī)等智能方法直接進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)。
刀具裝置在主軸前端，與加工工件接觸，直接切削工件表面，對(duì)加工質(zhì)量的影響是最直接和要害的。刀具磨損、破損等異�，F(xiàn)象影響加工精度和作業(yè)安全。鑒于直接測(cè)量法需求離線檢測(cè)的缺點(diǎn)，常搜集電流、切削力、振動(dòng)、功率、溫度等一種或多種直接信號(hào)，選用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、迷糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支撐向量機(jī)等智能算法對(duì)刀具磨損情況進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)。 跟著自動(dòng)化程度的前進(jìn)，數(shù)控機(jī)床集成越來越多的功用，凌亂程度不斷前進(jìn)。為了高效運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)數(shù)控機(jī)床的內(nèi)部情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與功用點(diǎn)評(píng)、對(duì)缺點(diǎn)進(jìn)行預(yù)警與確診十分必要。由于缺點(diǎn)方式再現(xiàn)性不強(qiáng)，樣本搜集困難，因此BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等要求樣本多的智能方法不適合這種場(chǎng)合。情況監(jiān)測(cè)與缺點(diǎn)確診常選用SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、迷糊邏輯、支撐向量機(jī)、專家系統(tǒng)和多Agent等智能方法。 研討人員不斷探求和研討智能功用的新方法或多種方法的混合，但大部分會(huì)集在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，缺少實(shí)時(shí)性高、在線功用強(qiáng)的方法，需求深入展開簡(jiǎn)練、快速、適應(yīng)性強(qiáng)的智能方法。
智能部件數(shù)控機(jī)床機(jī)械部分首要包括支撐結(jié)構(gòu)件、主傳動(dòng)件、進(jìn)給傳動(dòng)件、刀具等部分，涉及到床身、立柱、主軸、刀具、絲杠與導(dǎo)軌以及旋轉(zhuǎn)軸等部件。這些部件能夠集成智能傳感器的一種或幾種智能功用構(gòu)成數(shù)控機(jī)床智能部件。
主軸是主傳動(dòng)部件，作為核心部件，直接關(guān)系到工件加工精度。由于主軸轉(zhuǎn)速較高，特別是電主軸，發(fā)熱、磨損、振動(dòng)對(duì)加工質(zhì)量影響很大，因此，越來越多的智能傳感器被集成到主軸中，完結(jié)對(duì)作業(yè)情況的監(jiān)控、預(yù)警以及補(bǔ)償?shù)裙τ�。日本山崎馬扎克研制的“智能主軸”，裝有溫度、振動(dòng)、位移及間隔等多種傳感器，不但具有溫度、振動(dòng)、夾具壽數(shù)監(jiān)控和防護(hù)功用，而且能夠依據(jù)溫度、振動(dòng)情況，智能調(diào)和加工參數(shù)。瑞士Step-Tec、IBAG等制造的電主軸，裝有溫度、加速度、軸向位移等多種傳感器，如圖3所示，能夠進(jìn)行熱補(bǔ)償、振動(dòng)監(jiān)測(cè)等。還有什么不明白的地方，可以登錄我們的官方網(wǎng)站進(jìn)行詳細(xì)的咨詢和了解。
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