数控机床技术进展及智能化发展探讨

高的 问题 。为此 ，需要发展具有机 电一体化功 能 的模块 ，根据加工对象合理重构 ，用于避免复合
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上 ｘｐ ｒ ｅ ０ ｎ ｅ ｔ Ｖｉ ｗｐ ｉ ｔ
Ｆ专家视点
量。
机床 出现功 能 冗余 和 成 本过 高 的 问题 。
数 控 机 床 的 技 术 发 展 按 其 特 征 可 分 为 如 下 四
个阶段 ：
数控机床智能化发展的路线图探讨
在 上 述 讨 论 的 技 术 发 展 过 程 中没 有把 智 能 化
年 代进 入 了机 电一 体化 （ ｃ ａ ｏ ｉｓ Ｍａ ｈｔ ｎｃ ）的技 术 发 ｒ 展 阶 段 ，其 主 要 特 征 包 括 两 个 方 面 ：一 是 产 品 的
出 了对 数 控 机 床 进 行 自适 应 控 制 的 研 究 项 目 ，它 的 目标 可 根 据 加 工 过 程 中 工 件 的 材 质 和 刀具 及 机 床 工 况 变 化 自动 调 整 机 床 的 工 作 参 数 ，以 获 得
丁斯‘ 路易斯 （ ｉｄｎ ｓ Ｌ ｗ ｓ Ｇ ｄ ｉｇ ＆ ｅ ｉ）机床公司研制出Ｎ ｍｅｉ ｒ蒙皮铣床 ，并 ｕ ｒ ｏｄ ｃ
于 １５ 年 在 洛克 希 德 （ ｏ ｋ ｅ ｄ ９７ Ｒ ｃ ｈ ｅ ）公司 和 马丁 （ ａｔ ）公 司 中应 用 ；１５ Ｍ ｒｎ ｉ ９８ 年 １月卡 尼 。 雷 克 （ ｅ ｎ ｙ Ｔ ｅ ｋ ｒ １ 特 Ｋ ａ ｅ ＆ ｒｃ ｅ ）公 司研 制 出首 台命 名 为 “ ｌ ａ ｅ Ｍｉ ｋ ｅ ｗ
加 工程序 ，１５ 年研制出第一代刀具 自动控制程序 系统 （ Ｔ ９６ ＡＰ ），从而初步
创建 了数 控 机 床硬 软 件的 基 础 。
其 后 在 美 国 空 军 的 强有 力 资 助 下 ，数 控 机 床 的研 究 和 应 用 步 伐 加 快 。 １５ 年 ９ ９ ５ 月潘 迪 克斯 （ ｅ ｄｘ Ｂ ｎ ｉ）飞 机 公 司研 制 了三 维 凸轮 铣 床 ；１５ 年６ ９ ５ 月吉
能 ，尤 其 是 加 工过 程 中 因素 繁 多 ，不 仅 建 立 数 学 模 型 困 难 ，而 且 要 实 时 采 集 和 实 时 调 整 参 数 也 有
更大 的 难 度 。
因此 ，从２ 世 ￣ ８ 年 代 起 数 控 机 床 的 智 能 化 ０ Ｅ０ 的进 展 主 要集 中在 以下 两个 方 面 ：
求 ，并具有技术创新性 ，因此一些先进工业 国如 日本、德 国、法国、英 国、
前 苏联 以 及 我 国从 ２ 世 纪 ５ ～６ 年 代均 纷 纷投 入 力 量 进行 研 制 ，并 在 各 制 造 ０ ０ ０
领域推广应用。例如 日本以节约劳动力为 目标开发适应 民用工业需要的数控
机 床 ，取 得 了很 好 的业 绩 ，１７ 年 数控 机 床年 产 量 已达 １ ０ 台接近 美 国的 产 ９０ ０ ５
之路。
（ ）复合可 重构化 （ ｌ ４ ２ 世纪初 期起 ） 复 合机床可进一步 发挥数 控机床加工工艺集 中的优 点 ，它可 以在一台机床上完成或几乎完成零件 的
全 部 加 工 ，大 大 减 少 了制 品 在 机 床 间传 送 停 留 的
而 下 一 阶 段 智 能 化 发 展 需 要 加 强 对 适 用 于 数
具 有 辅 助性 的 智能 决 策 的能 力 。 正 是 基 于 此 ，美 国 在 ２ 世 纪 ６ 年 代 后 期 曾提 ０ ０
序 系统软件 （ Ｔ）研制成功 ，出现 了具 有高度 ＡＰ
灵活性 的以嵌 入式微处理器为基础的计算机 数控
系统 （ Ｃ 。从而使数控机床在经历了由２ 世纪 ＣＮ ） ０ ５ 年代至６ 年代初的萌芽初创阶段后 ，在６ ～７ ０ ０ ０ ０
策略 等 。
（ ）针 对 个 别 因素 构 建 数 学 模 型 ２
对其 出现
（ ）高效 柔性 化 （ ０ ３ ２ 世纪９ 年 代 ～２ 世 纪 ０ １ 初 ） 这 主要 用于 解 决汽 车制 造 等行 业在 变 品
种 、大 批 量 生 产 条 件 下 高 生 产 率 的 问题 。 它 通 过 提 高 机 床 运 行 速 度 和 加 速 度 、 缩 短 刀 具 换 刀 时 间 、 改 善 机 床 抗 震 能 力 、 应 用 误 差 补 偿 和 高 速 切 削 等 技 术 ，使 由数 控 机 床 组 成 的 柔 性 生 产 线 （ ＭＬ）能达 到可 与组 合机 床 比拟 的高 生 产 率 和 Ｆ 更稳 定 的加 工 精 度 。
样 ，他 们 都 已局 部 地 隐 含在 数 控 机 床 四 个 技 术 发 展 的 历 程 中 。 因为 数 控 机 床 的 核 心 装 置 一 一 数 控 系 统具 有 计 算 机 的 快 速 运 算 和 逻 辑 判 断 的 功 能 ， 有 助 于 操 作 者 及 时 做 出决 策 ，因 此 可 以 认 为 它 已
偏 离 时 进 行 约 束 控 制 ，例 如 端 面 恒 速 切 削控 制 、 恒 扭 矩 进 给 量 控 制 、 复 杂 型面 的 表 面 光 顺 度 的控 制 、运 动 平 稳 性 的跃 度 控 制 、 伺 服 进 给 系统 的振 荡 抑 制 、热 位 移 控 制 以 及 防碰 撞 控 制 等 。 目前 一 些 先 进 数 控 机 床 或 多或 少 地 采 用 这 种 单 一 功 能 或 性 能 的 智 能 控 制 ，这 也 是 我 们 当前 有 条件 进 行 重 点 研 究 的 内容 。 虽然 这 是 智 能 化 的 初 级 阶 段 ，还 不 具 有 较 完善 意 义 的 智 能 化 ，但 从 历 史 经验 得 出 这 种 由简 到繁 的做 法是 走 向较 高 级 智 能化 的 必 由
最 佳 加 工 效 果 。这 个 要 求 已远 高 于 辅 助 决 策 的功
机械 、动力、控制等功能充分应用 电子技 术和计 算机技 术 ；二是产品的机 、电硬件与软件协 同集
成 有 机地 结 合成 一 体 。 （ ２）信 息 集 成 自 动 化 （ ０ 纪 ７ ～ ９ 年 ２世 ０ ０ 代 ） 这 是 以 适 应 多 品 种 中小 批 量 混 流 生 产 为 目 标 的 柔 性 加 工 系 统 ，它 是 通 过 管理 平 台 的 信 息 集 成 ，优 化 调 度 适 时 安 排 技 术 准 备 ，使 数 控 机 床 的 利 用 率 由通 常 的８ ％以 下提 高 到９ ％左 右 。 ０ ５ 常 见 的信 息 集 成 自动 化 的 柔性 加 工 系 统 有 ：
（ ）加 强信 息 方 面 的 智能 判 断 １ 例 如 系 统 的
柔性制造系统 （ ＭＳ 、柔性制造单元 （ＭＣ Ｆ ） Ｆ ）以 及在制造执行系统 （ Ｓ ＭＥ ）管理下无 自动化 物流
输 送 的分 布式 数 控机 床 单元 （ ＮＣ Ｄ ）等 。
故障判 别、刀具 的寿命管理以及生产调 度的优化
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Ｍ ａｉ” 的 加 工 中心 ；１６ 年 １ 月普 里斯 ・ 尼 （ ｒ ｔ Ｗ ｈｔｙ ｔ ｃ ９１ ０ 惠特 Ｐｉ＆ ｔ ｉ ）公 司 采 ｅ
用 了低 成 本 的 “ Ａ ＥＯ—Ｍ Ａ Ｉ ”数 控 钻 床 。数 控 机床 在 降低成 本 上 的 进 Ｔ Ｐ ＴＣ 展 ，对 其迅 速 扩大 应 用范 围起着 重 要作 用 。 由于 数控 机 床 的 功 效 和性 能 符 合 制 造 业对 高效 率 、高 精 度和 自动 化 的 要
Ｅ煮 悫 ｏ
数 控机
技术进展及智能化发展探讨
北 京机 床研究所 （０ １ ２ １０ ０ ） 盛伯浩
数控机床 的技术 发展历程
１４ 年 美 国 空军 先 后 与 密 歇根 州 帕 森 斯 喷 气式 飞 机 公 司 （ 造 直 升 机旋 ９９ 制 翼 ）和波 士 顿 麻省 理学 院 （ Ｔ）签订 长达 ７ （９ ９ ９ ５ ）委 托 研 究数 ＭＩ 年 １４ ～１５ 年 控 机 床 的 合 同 ， １５ 年 ３ 公布 研 制 成 功 世 界 首 台 由 电子 管 组 成 控 制装 置和 ９２ 月 液 压伺 服 马 达 驱 动 的 三 轴 数控 铣 床 ，并 于 １５ 年５ ３ 日由麻 省 理 工 学 院提 ９３ 月 １ 交 最终 报 告 。此 后 ，麻 省理 工 学 院致 力于 数控 加 工 的 编程 软 件 研 究 ，１５ 年 ９４ 开 发 出铣 床 手 工 编程 ，１５ 年 使 用Ｍ Ｉ ｈｒ ｎ 计 算 机编 制 数控 铣 床 自动 ５ ９ ＴＷ ｉ ｗｉｄ ｌ
单 独 列 出 ，这 正 如 绿 色制 造 与 可 持 续 发 展 技 术 一
（ ）机 电一体化 （０ １ ２ 世纪６ ～７ 年代 ） 进 ０ ０
入 ２ 世 纪 ６ 年 代 中期 ， 由于 计 算 机 元 件 的集 成 度 ０ ０ 大 幅 提 高 以 及 美 国 、联 邦 德 国对 刀具 自动 控 制 程
控 机 床 的 人 工 智 能 基 础 技 术 的 研 究 ，这 包 括 ： ①
时 间，并可减 少工件安装的误差 ，尤其对于 工序
多 、 型面 复 杂 零 件 ，采 用 复 合 机 床 是 提 高效 率 和 精 度 的有 效 措 施 。 但 是 复 合 机 床 也 存 在 着成 本 较
专 家 系统 ，发 展具 有 逻 辑 推 理 和 模 式 联 想 的 推 理 机 和 自学 机 。 ② 人 工 神 经 网 络 ，提 高 其 推 理 、 联 想 的快 速 自学 习能 力 等 。在 此 基 础 上 逐 步 形 成 具 有学 习 能 力 和 联 想 能 力的 更 完善 的 人 机 智 能 系 统 。ＭＷ （ 收稿 Ｅ期 ：２ １０ ０ ） ｔ ０ ２５ ２