2.3　智能机床

智能机床就是能够对制造过程做出自主决策的机床。智能机床通过各种传感器实时监测制造的整个过程，在知识库和专家系统的支持下，进行分析、判断、控制，修正在生产过程中出现的各类偏差。数控系统具有辅助编程、通信、人机对话，模拟刀具轨迹等功能。未来的智能机床都会成为工业互联网上的一个终端，具有与信息物理系统（CPS）联网的功能，能够对机床故障进行远距离诊断，并且能为生产的最优化提供方案，还能计算出所使用的切削刀具、主轴、轴承和导轨的剩余寿命，让使用者清楚其剩余使用时间和替换时间等。

不同类型的智能机床能够满足人们不同的需求，也就具有各自独特的功能，但从本质来说都具有如下特征。

1. 人机一体化

智能机床首先是人机一体化系统，它将人、计算机、机床有机结合，实现动态交付，形成一种平等共事、相互理解、相互协作的关系，保证各部分充分发挥各自的潜能。高素质的人将在这一过程中发挥更大的作用，机器智能和人的智能真正地集成在一起，互相配合，相得益彰，保证机床高效、优质和低耗地运行。

2. 感知能力

智能机床与数控机床的主要区别在于智能机床配有智能传感器，因而具有各种感知的能力，如力、温度、振动、声、能量、液、工件尺寸、机床部件位移的感知和身份识别等。这些传感器采集的信息是分析、决策、控制的依据。

3. 知识库和专家系统

为了智能决策和控制，智能机床还装载了大量的知识库和专家系统，如数控编程的知识库和专家系统、故障知识库和分析专家系统、误差智能补偿专家系统、3D防碰撞控制算法、在线质量检测与控制算法、工艺参数决策知识、加工过程数控代码自动调整算法、震动检测与控制算法、刀具智能检测与使用算法、加工过程能效监测与节能运行系统等。

4. 智能执行能力

智能机床能够在智能感知、知识库和专家系统支持下进行智能决策，具备智能执行能力。决策指令通过控制模块，确定合适的控制方法，产生控制信息，通过NC控制器作用于加工过程，以达到最优控制，实现要求的加工任务。

5. 具有接入信息物理系统的能力

未来的装备都会成为信息物理系统（CPS）的一个终端，智能机床要具备接入工业互联网的能力，实现万物互联。在CPS环境下可以实现机床的远程监测、故障诊断、自修复、智能维修维护、机床运行状态的评估等，同时具有和其他机床、物流系统组成柔性制造系统的能力。

6. 辅助数控编程的能力

数控智能机床在执行加工之前，需要做一些技术准备。在工艺知识库和专家系统支持下，根据三维设计模型，自主规划工艺参数、确定控制逻辑、编制数控加工程序，在加工过程进行模拟仿真，修正数控程序，对刀具、夹具、工件进行动态管理等。

沈阳机床自主研发的i5智能数控机床，具有特征编程、图形诊断、机床实时监控、远程诊断、三维仿真、STEP编程等智能化功能，能够更好地满足市场的发展需求，为用户提供个性化的解决方案。i5实现了5大功能：Industry、Information、Internet、Integrate、Intelligent，即工业化、信息化、网络化、集成化、智能化的高度融合。

i5数控平台如图2.2所示，它由控制系统（数控系统CNC、PLC和人机交互界面），HSHA系列伺服驱动器和I/O设备三部分组成，采用开放、实时工业以太网控制自动化技术（Ethernet for Control Automation Technology，EtherCAT），在通信总线建立了数控系统与外部伺服驱动器，实现了I/O和操作面板之间的高速实时数据交换通信。

图2.2　沈阳机床i5数控平台