摘要：本文主要介紹自動編程，實時防碰撞，故障預(yù)警與診斷幾項智能機床的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)上的實現(xiàn)方法及原理。 　　

關(guān)鍵詞：自動編程；實時防碰撞；故障預(yù)警與診斷；智能機床。

數(shù)控機床是數(shù)字化控制技術(shù)與精密制造技術(shù)有機結(jié)合的機電一體化產(chǎn)品，是關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)綜合國力水平的戰(zhàn)略性物資，其水平高低和擁有量是衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標志。數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)裝備產(chǎn)業(yè)，是裝備制造業(yè)中的重中之重。數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控機床的“大腦”，隨著裝備制造業(yè)的飛速發(fā)展，對數(shù)控系統(tǒng)的要求將會越來越多，包括數(shù)控系統(tǒng)的信息化處理，智能化、網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用等。將自動編程技術(shù)，防碰撞技術(shù)以及一些特殊算法及特殊工藝集成到數(shù)控系統(tǒng)中進行可行性研究，以實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的智能化升級，從而提高產(chǎn)品自身的性價比、 滿足國民經(jīng)濟增長對數(shù)控機床發(fā)展的需要。

（1）能夠精確地顯示刀具運動，直觀顯示銑削，以及深孔鉆削等工序時的排屑和斷屑機理等動態(tài)過程。

（2）知曉自身的加工能力/條件，并且能與操作人員交流，共享這些信息；

（3）可以通過短信的形式將報警信息、機床維護信息通知服務(wù)人員，從而大大縮短了客戶等待服務(wù)的時間。

（4）能夠自動監(jiān)測和優(yōu)化自身的運行狀況；

（5）具備自學(xué)習與提高的能力；

（6）符合通用的標準，機器之間能夠無障礙的進行交流。

與普通數(shù)控系統(tǒng)的主要區(qū)別在于，智能化數(shù)控系統(tǒng)除了具有數(shù)控加工功能外，還具有感知，推理，決策，學(xué)習等智能化功能。

智能化數(shù)控系統(tǒng)主要通過、實時防碰撞、自動編程、故障預(yù)警與診斷等功能來提高機床的加工精度、效率，同時降低人工成本、制造成本。

3.1自動編程

智能化數(shù)控系統(tǒng)的工藝規(guī)劃與編程應(yīng)綜合考慮數(shù)控機床結(jié)構(gòu)、加工工件形狀、工藝系統(tǒng)的物理特性和加工環(huán)境，優(yōu)化加工參數(shù)和運動軌跡，從而保證加工質(zhì)量和提高加工效率，智能編程需要逐步積累經(jīng)驗與知識，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫和知識庫。在數(shù)控系統(tǒng)上實現(xiàn)基于特征的自動編程功能，是數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)突破，代表了數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展方向。開發(fā)基于特征識別的自動編程系統(tǒng)，其主要包括以下幾個方面：

①. 研究智能特征識別技術(shù)，實現(xiàn)能夠從零件3D模型中自動識別出車削回轉(zhuǎn)體零件的典型加工特征

②. 建立工步排序經(jīng)驗知識庫，實現(xiàn)智能工藝路線規(guī)劃模塊。

③. 集成刀具管理模塊和工藝參數(shù)支持模塊。

④. 實現(xiàn)工步排序經(jīng)驗知識庫的自學(xué)習。

⑤. 實現(xiàn)經(jīng)驗庫的提取和合并功能，并開發(fā)一套基于網(wǎng)絡(luò)的智能接口，實現(xiàn)機床與機床、機床與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的經(jīng)驗分享。

3.2 實時防碰撞

在數(shù)控系統(tǒng)上實現(xiàn)實時防碰撞技術(shù)是保障加工安全的重要方法。加工過程中一旦發(fā)生碰撞，輕則損壞刀具和工件，重則損壞工作臺面甚至主軸，造成機床的損傷。

要實現(xiàn)實時防碰撞功能，不但要知道刀具當前的位置，還要知道刀具的運動趨勢，及刀具在下一段的運動軌跡，對下一段刀具軌跡掃掠面形成的實體與工件及夾具等做碰撞干涉檢測，快速判斷是否發(fā)生碰撞，如果發(fā)生碰撞，通知系統(tǒng)做相應(yīng)處理。

①. 開發(fā)機床、工件及工夾具的三維模型導(dǎo)入功能，確定機床的碰撞風險區(qū)域，以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)系統(tǒng)對加工過程中可能發(fā)生碰撞的提前預(yù)測，并通過報警提示用戶或者停止加工。

②. 實現(xiàn)在手動操作機床時對可能發(fā)生的碰撞進行保護，當?shù)毒哌M入碰撞風險區(qū)域時，系統(tǒng)將禁止其進入，并報警提示。

3.3 故障預(yù)警與診斷

數(shù)控系統(tǒng)上通過圖形化的智能預(yù)警和診斷功能，應(yīng)用通過對機床設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測，對機床的故障隱患和精度損失進行分析預(yù)測，并以圖形化的方式對用戶進行提示和診斷引導(dǎo)。該功能將每一部件的I/O點狀態(tài)、電氣或機械原理通過圖形方式展現(xiàn)出來，便于用戶直觀地監(jiān)控其工作狀態(tài)，診斷相應(yīng)的電氣故障，如圖1所示對數(shù)控車床頂尖的診斷圖形化界面。系統(tǒng)將基于系統(tǒng)底層信息實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的智能接口，支持遠程的診斷應(yīng)用。這一系列的手段可以保證用戶盡可能地減少停機時間，降低維護成本，保證系統(tǒng)的精度、動態(tài)性能的持續(xù)維護，讓機床維持良好的工作狀態(tài)。主要包括以下研究內(nèi)容：

①. 系統(tǒng)可基于一系列系統(tǒng)數(shù)據(jù)和設(shè)備信號的采集，系統(tǒng)內(nèi)置的數(shù)據(jù)分析和預(yù)測技術(shù)可以對主軸及進給系統(tǒng)過載等異常情況進行預(yù)警，并通過圖形化的方式提示用戶進行相應(yīng)的維護和修正，可以大大降低故障和報警實際發(fā)生的概率。

②. 在發(fā)生故障時，系統(tǒng)將彈出相應(yīng)故障的警示圖標，用戶可以通過圖形化的智能診斷功能，根據(jù)故障診斷經(jīng)驗知識庫，按照系統(tǒng)提示一步一步進行故障排除。

③. 實現(xiàn)遠程診斷接口支持，如果用戶無法排除，還可以通過可擴展的智能接口向機床售后部門發(fā)出遠程協(xié)助請求，機床制造商的專家可以通過遠程診斷軟件幫助用戶定位故障，并向用戶給出故障排除方案甚至直接遠程修復(fù)。

④. 實現(xiàn)針對精度校準、性能修復(fù)、耗材補充等維護工作的預(yù)警提示。

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作者簡介：李南（1981-）女，漢，遼寧沈陽人，沈陽機床（集團）有限責任公司，技術(shù)管理，本科學(xué)歷。

陳經(jīng)偉（1986-）男，漢，遼寧沈陽人，沈陽機床（集團）設(shè)計研究院有限公司，項目管理，本科學(xué)歷。

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