案例赏析：典型智能数控加工中心案例

引自：《智能制造装备基础》（作者：吴玉厚、陈关龙、张珂、赵德宏、巩亚东、刘春时）

沈阳机床集团推出的i5智能机床是自主研发的拥有核心技术的智网能设备。i5是指工业化（industry）、信息化（information）、网络化（internet）、集成化（intelligent）、智能化（integrated）的有效融合。i5智能机床作为基于互联网的智能终端，实现了操作、编程、维护和管理的智能化，是基于信息驱动技术，以互联网为载体，以为客户提供“轻松制造”为核心，将人、机、物有效互联的新一代智能制造装备。

i5智能机床对“智能（SMART）”一词有其独到的战略涵义。沈阳机床是我国机床行业的领头羊，万人大厂。沈阳机床的智能化是要打破机械制造和信息技术的行业边界，跨越物理世界和虚拟世界的篱笆，利用互联网平台整合社会资源，为客户提供智能化制造的解决方案，通过创新的产品和创新的商业模式，摆脱高端机床技术密集和低端机床价格大战的红海而驶向蓝海，如图1所示。

图 1  沈阳机床的“ SMART ”战略涵义

从图中可见，SMART的5个字母代表i5智能机床的5个重要特征：S（Simple）——简便，M（Maintenance friendly）——易维护，A（Affordable）——适中，R（Reliable）——可靠，T（Timely to Market & Profit）——上市快和盈利，并在SMART后面以红色斜体的“Y”表达沈阳机床对i5智能机床的愿景，是沈阳机床产品的开发理念和指导思想。

「 1. 平台化、模块化和客户化 」

要实现上述目标，必须在产品设计上采取新思路、新方法和新技术。如何满足客户多样化的需求是一大挑战。i5智能机床采取平台化、模块化和客户化的战略，以实现基本运动的部件作为平台，配以模块化的功能部件，构成不同用途的机床。

例如，M8系列铣床将底座、床身和移动横梁构成力封闭的龙门框架，移动部件遵循重心驱动（Y轴双丝杠驱动）和轻量化设计原则，配以转速12000r/min功率15kW的铣削电主轴和20把刀具的斗笠式刀库作为产品平台。机床前方可配置8种不同的模块，构成8种3轴、4轴或5轴加工机床，不仅使机床生产制造高效快捷，客户也可灵活自行换装，以适应加工对象的变化，如图2所示。

图 2  平台化、模块化和客户化的 M8 系列机床

从图中可见，M8.1配置为3轴立式加工中心，与传统单柱立式铣床结构相比，具有更强的结构刚性，且由于Y轴采用双丝杠驱动，运行平稳，抗振能力强。工作台尺寸700mm×500mm。适合模具、3C产品及汽车零部件的加工。

M8.2配置为4轴立式加工中心，搭配A轴直驱电机转台，转台最大扭矩1400N·m，重复定位精度±3″，适合用于液压阀体、泵体、汽车缸体的加工。

M8.3配置为3+2轴、双摆摇篮式立式加工中心，可实现5轴5面体加工，A、C轴皆为直驱电机，扭矩1400N·m，重复定位精度±3″，工作台直径f400mm，适合用于汽车底盘、箱体及壳体的加工。

M 8.4配置为5轴联动、双摆摇篮立式加工中心，可实现复杂曲面及腔体的加工，双摆摇篮采用直驱技术，重复定位精度±3″。其中，A轴为双电机驱动，最大扭矩2800N·m。适合模具、医疗、航空、汽车零件的加工。

M8.5配置为4轴联动立式加工中心，搭配A轴转台和尾座，工件最大尺寸f300mm×500mm，适合叶片等复杂回转零件的加工。

M8.6配置为卧式车铣加工中心，搭配车削主轴和尾、C轴联动，可实现车削和铣削的集成加工，工件最大尺寸f200mm×500mm，适合各种轴类、盘类的车铣复合加工。

M8.7配置为立式车铣加工中心，搭配垂直车削主轴，实现车削和铣削的集成加工，主轴扭矩540N·m，工件最大尺寸f320 mm×200mm，适合各种盘类的车铣复合加工。

M8.8配置为倒置车削加工中心，搭配倒置车削主轴和3个动力头实现铣削功能，适合小型及异型零件的复合加工。

「 2. 终端-网络-云平台 」

1）终端

i5智能数控系统不仅是机床运动控制器，同时还是工厂网络的智能终端。i5智能数控系统不仅包含工艺支持、特征编程、图形诊断、在线加工过程仿真等智能化功能，同时还实现了操作智能化、编程智能化、维护智能化和管理智能化，如图3所示。

图3 i5智能数控系统

i5数控系统的智能化表现以下几方面：

（1）操作智能化。可通过触摸屏来操作整个系统，机床加工状态时的数据能实时同步到手机或平板电脑，象征着用户“指尖上的工厂”，不论用户身在哪里，一机在手即可对设备进行操作、管理、监控，实时传递和交换机床的加工信息。

（2）在线加工仿真。在线工艺仿真系统能够实时模拟机床的加工状态，实现工艺经验的数据积累。进一步可以快速响应用户的工艺支持请求，获得来自互联网上的“工艺大师”的经验支持。

（3）智能补偿。集成有基于数学模型的螺距误差补偿技术，能使i5智能机床达到定位精度5μm/300mm，重复定位精度3μm/300mm。

（4）智能诊断。传统数控系统在诊断上反馈的是代码，而i5数控系统反馈的是事件，它能够替代人去查找代码，帮助操作者判断问题所在；可对电机电流进行监控，给维护人员提供数据进行故障分析提供帮助。

（5）智能车间管理。i5数控系统与车间管理系统（WIS）高度集成，记录机床运行的信息，包括使用时间、加工进度、能源消耗等，给车间管理人员提供订单和计划完成情况的分析；还可以把机床的物料消耗、人力成本通过财务体系融合进来，及时归集整个车间的运营成本。

2）工厂网络

在互联网条件下，i5数控系统不仅能够实现机床与机床的互联，还是一个能够生成车间管理数据、并与有关部门进行数据交换的网络终端。通过制造过程的“数据透明”，实现制造过程和生产管理的无缝连接。这不仅为了方便加工零件，同时产生服务于管理、财务、生产、销售的实时数据。实现了设备、生产计划、设计、制造、供应链、人力、财务、销售、库存等一系列生产和管理环节的资源整合与信息互联，减少浪费，提高效率。

3）云平台

在数控系统提供“透明”数据的情况下，需要与商业模式相配合的云端平台和云端应用。沈阳机床集团旗下智能云科公司研发的云制造平台（i-Smart Engineering & Services Online，iSESOL）平台，通过i5智能机床的在线信息，打造了一套云端产能分享平台，用户可以将闲置产能公示于iSESOL产能平台，有产能需求的用户无需购买设备即可快速获得制造能力，通过这种方式产能提供方可以利用闲置产能获得收益，产能需求方可以以较低的成本获得制造能力，双方通过分享获得利益最大化。这种制造能力的分享模式将会改变制造业的组织形式，并且充分挖掘社会闲置制造资源，从闲置资源中获得利益最大化。基于iSESOL平台的智能机床互联网应用框架如图4所示。

图4 基于iSESOL实现的智能机床互联网应用框架

从图中可见，分布在全国各地的各种型号的i5智能机床皆可通过iPort协议接入iSESOL网络；近期某天截屏显示：加入云平台的设备总数为2477台、累计服务机时175746 h，订单交易数为1266；6类机床的台数和开机率显示在图的下方，说明哪些机床是资源可以共享；点击地图上的蓝点即可显示在该地区的i5智能机床数。每台机床加工零件所产生的数据皆可为相关生产人员、管理人员和操作人员共享。

不难看出，未来数控系统的趋势将会是云与端相互结合的新架构，并且需要通过对行业应用的深入分析和了解，设计符合未来发展趋势的互联网应用及商业模式，通过智能终端将人与人、人与设备、人与知识相互连接，使得人才（知识）资源、制造资源、金融资源等获得分享和价值最大化，而数控系统需要承担起人与制造资源链接桥梁的重要角色。

文章来源：智造苑