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发布时间:2023-03-22 15:42:19 来源:汉铁机械网

思考型数控系统

21世纪已经进入了第五年,制造业正在面临着一个大的转换期。在激烈的全球竞争中,利用信息技术和CAD/CAM的制造知识,追求具有更高附加价值的产品, 这样一个新时代的制造技术正在诞生中。例如,为了提高装配效率,部件变得越来越复合化和复杂化。因此,机床的复合化和复杂化也随之而来,使得加工准备时间越来越长,缩短加工时间也变得越来越困难。为了解决这些课题,迄今为止的服从型数控系统已经走到了极限, 开始产生了思考型的崭新的数控系统,所谓开始进入了思考型数控系统的时代。针对此新的时代:

·客户想要做什么?

·厂家应该向客户提供什么?

·客户应该如何行动?

有关这些问题,以大隈的最新技术为例,本文简单介绍一下目前世界上的最新技术动态。

1 目的

在此大转换期之际,再次回到原点重新察看是非常重要的。作为厂家来说,为了向客户提供眼部护理生产手段,必须不断地把握客户的最新需求和潜在要求,钻研最新技术,为客户提供“多快好省”的生产手段。生产手段的原点是“除了创造附加价值的时间,其他时间均为损失时间,目的要最大限度的减少损失时间”。站在此观点上,我们必须要在正确把握客户的最新需求和潜在要求的基础上,才能开发新技术。

如图1所示,如何缩短“等待和停机的损失、加工准备时间损失、速度的损失、次品的损失”,最大限度的增加标准开机时间,这是在机床制造业百年多的历史中,我们机床界的同行门不断钻研最新技术的目标。走在世界机电一体化的最前列的日本大隈公司的“OSP-P200”最新数控系统,正在向思考型数控系统阔步迈进。通过正确的操作和正确的控制,能够充分发挥机床性能的OSP-P200, 向客户提供一个制造唯一(Only one)控制系统和唯一机床(Only one)的 整体解决方案。

图1 新技术开发观点:削减制造成本的损失

———最大限度减少时间损失

在这里以大隈公司为例,介绍一个有趣的插曲。大隈公司在一百多年前创业时,是以制造民以食为天的面条机开始的。为了制造面条机的齿轮刀棍,开发了专用车床。2004年 截止到 2015 年底年底日本的NHK在一个介绍日本机床业最新技术的特别节目中,报道了这样一个例子:大隈60多年前生产的一台面条机,60多年来一直默默不停地工作着,客户至今仍然非常珍惜。大隈的机床制造技术就是这样在面条机的制造中磨练出来的。

2 思考型数控系统

那么,思考型数控系统到底是怎样的呢? 它又如何思考呢? 具有数控系统使用者和制造者双重立场的大隈公司,带着独自的理念在不断地回答上述问题的同时,向客户不断地提供各种新技术和新产品。这就是,从机电一体化的二维平面到生产第一线活用信息技术的三维立体“IT广场”(见图2)。

图2 IT广场概念

IT广场是由?个基本轴组成的,利用同时进行产品设计和制造工艺设计的并行工程技术,目标大幅度缩短从制造规划到制造准备为止的开发时期的“设计过程管理(纵轴)”:为了及时快速响应市场的急剧变化,追求零等待时间,目标大幅度缩短从签单到出厂为止的生产周期的“生产过程管理(横轴)”:为了提高制造业的附加价值,在“设计过程管理(纵轴)”和“生产过程管理(横轴)” 的基础上, 促进技术和技能的共享、传授和创新的“知识管理(进深轴)”。

2)思考切削最佳化的Super-NURBS

加工技术“含金量”最高的模具加工总是最先使用新的数控技术。大隈的Super-NURBS功能超出了现有数控系统的范畴,开始覆盖CAM领域。现在一般的数控系统,严格按用户指令的轨迹和速度,控制机床的运动。一般的模具加工用的数控系统,按用户指令的轨迹,自动确定合理的速度控制机床的运动。而具有Super-NURBS功能的数控系统,根据用户的指令轨迹,自动再现原来曲线后,自动以最高速度控制机床运动。大幅度地提高加速度,提高复杂形状的过渡速度(在程序段的接合处,不减速,按最佳速度平滑地过渡),可以大大地缩短加工时间。由CAD / CAM生成的微小直线程序段,在数控系统中经过思考,再现原来的曲线,以最佳速度直接控制伺服电机,实现了高质量的高速切削。

2)思考缩短从设计到加工为止的准备时间的ADMAC-P arts

利用ADMAC-Parts,工艺设计人员可以在CAD图 纸数据上,通过指定工件的加工特征追加加工知识,活用数字化技术技能, 自动确定加工工序、加工顺序、使用刀具、切削条件等加工信息,不仅自动制作机床所需的加工程序,并立即生成工人操作所需的加工工序表、刀具表、加工指示图等信息,瞬时正确地传达到加工车间。同时,现场的工人也可以使用ADMAC-Parts的对话功能,在没有CAD图纸的情况下, 直接将加工图对话输入,同样实现从图纸到加工的一气呵成的直接加工。这是一个具有从CAD或图纸直接到加工的一气呵成的直接加工功能的CAD/CAM软件包。

这里的“直接加工” 是一个全新的观念,其表现为,在“设计过程管理(纵轴)”上, 使得以往分散的CAD部件设计与利用CAM的工艺设计可以同时并行处理,并且将工艺设计人员的数字化加工知识具体反映在加工工序表、刀具表和加工指示图之中,利用络瞬时正确地将这些加工信息传送给机床操作工,大大提高了以往凭手工作业和感觉的工艺设计和加工作业的精度,实现作业的高精度化和标准化。

3)思考提高生产效率的MacMan

MacMan是必要时生产必要数量的车间级生产管理系统,可以与上层资源管理系统实现无缝连接。针对订货数量和交货期,根据生产计划,起草加工工艺计划,通过络直接将加工计划指示到各机床。这样,加工车间可以严格地按生产管理部门的计划直接进行加工。

并且,生产管理部门可以通过络及时获取机床的运行率和加工实际成绩,根据加工计划进度和各机床的负荷情况,修改计划,或制订新订货的加工计划。同时,由于直接可以看到运行率和计划加工进度,可以调整提高各机床的运行率(个体最佳),消除整个加工过程中的瓶颈难题(整体最佳)。使得车间的加工情况一目了然,是一个车间级的生产现状测量系统。通过此测量系统,可以直接看到需要改善的瓶颈,及时调整,保证整个车间整体生产的最佳状态。

如上所述,MacMan帮助缩短“生产过程管理(横轴)”上的生产退火炉周期,不仅具有运行管理、工序管理等功能,还可以与具有订货、报价、成本管理功能和ERP的基干系统建立接口联,根据工厂规模、生产管理水平、投资额等,由下至上地导入系统,取得与投资相符的经济效果。

4)思考加工经验的KCMAC

为了维持和提高产品的高质量,工人的技术技能的共享、传授和创新才是制造业的关键所在。产品生产的主角既不是机床,也不是CAD / CAM,更不是生产管理系统,而利用这些工具从事生产活动的人和组织才是真正的主角。KCMAC在“知识管理(进深轴)”上以知识加工为新观念,提供一种简单方便的实施方法,将日常生产活动中积累的各种加工知识数字化,以便组织内的知识共享和熟练工向非熟练工的知识传授。同时,在知识共享和传授的组织中,不仅在横向和纵向展开,并且为促进新技术技能的创造,极力寻求具有更高附加价值的加工方法。

具体表现为,利用ADMAC-Parts可以简单地存储数字化的加工技术,提供可以简单检索、再利用和参照的方法,使得现有的加工技术成为最佳经验,用于知识的共享和传授,并进一步刺激新的假设想再去剖析便会牵涉到数据收缩机信息贮存的回应次数加工技术的创新活单肩背包动。利用MacMan可以简单地存储数字化的生产调度经验,同样提供可以简单检索、再利用和参照的方法,不断优化现有的生产调度经验,共享、传授和创新的经验,提高车间的整体生产效率。

5)思考缩短加工准备时间的防碰撞功能

在自动运行加工或加工准备作业中使用手动操作时, “防碰撞系统”功能在机床实际动作之前,使数控系统本身自动进行刀具、工件、夹具、机床本体的干涉检查,实现在碰撞之前自动地安全停止机床运行。在12m/min的高速运行时,当检测到碰撞时,在10ms之内(2mm的距离内),停止机床的运行。主要具有以下功能:

手动操作时的干涉回避功能

在加工准备作业频繁使用的手动操作中,预先实时地检查动作方向是否有可能发生干涉,在检测到干涉的方向上自动停止机床动作。这样,我们在加工准备作业过程中, 不必使用从前降低速度的操作方式,可以放心大胆地进行高速操作,大大缩短加工准备的操作时间。

自动运行时干涉程序段的停止功能

在自动运行加工程序时,预先实时地并确认检查加工程序中程序段指令方向是否有可能发生干涉,在检测到干涉的程序段之前自动停止机床动作。这样,我们在第一次验证程序正确性时, 不必降低速度进行验证,直接使用加工速度验证程序的正确性,大大缩短加工程序验证时间。

6)思考实现稳定的高精度加工的“热变位共存”功能

迄今为止,为了消除机床加工中发热所引起的加工精度的误差,在发热部位安装冷却装置,是最普通的热变位对策。但是,随着加工的高速化,热变位对策越来越困难。同时,为了实现高精度加工,不得不使用高价的恒温车间,排除外界气温变化带来的热变位。

大隈公司在进行了大量的实验后,得到了一个启发,那就是在尽量采取降低发热量技术的同时,既然无法消除发热,那么就老老实实地接受这些热量。这样就产生了与热量共存的设想。具体来说就是,使用可以预测热变位的机械结构,通过补偿消除热变位的影响。也就是说:①采用易于预测热变位的简单形状的机械结构:②考虑热源的分布和温度平衡:③实时地补偿预测的热变位。其中的①和②,采用传热均等的铸件,合理布局防护和电柜的位置等手段,尽量实现热平衡结构,提高热变位预测精度。通过③的环境热变位补偿系统TAS-C(Thermo-Active Stabilizer Construction), 在外界气温有8℃变化时,实现了保持加工精度在10Sm以内的高精度加工。

3 结束语

迄今为止的服从型数控系统就这样正在向思考型数控系统变化。厂家在使用思考型数控系统时,应该积极地充分发挥自己的特长,与系统有机地结合,实现真正的机电一体化。

但是,仅仅使用思考型数控系统还是不够的。只有思考型厂家将自己的机床有机地融合思考型数控系统后,才能实现思考型机床。经过思考型客户使用此思考型机床,才能实现多快好省的生产。这样的“思考”联锁是得到制造精髓的关键。

最后引用一句大隈公司的口号“要造物,先造人”。在使用搭载思考型数控系统的思考型机床之前,必须要最大限度地发挥生产第一线工人的智慧。“十年树木,百年树人”,持续不断的培育人才才是至关重要的百年大计。

本文作者:日本大隈公司FA系统统括部长 北河胜义 副参事 徐旭初 (end)

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