加工智能化与虚拟加工

2019-12-20 40

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和任何机床生产厂家谈论他们最新的产品时，经常使用到的是“智能”以及“聪明”这些词语。任何一家都在推广这样一个理念，就是他们的产品不仅比其他厂家的速度更快，功能更强大，同样也更智能化，它们可以独立思考。但真的有人确实制造出了智能机床吗？来自TechSolve Inc.(Cincinnati, OH)，一家专攻先进加工工艺和技术的制造咨询公司的执行副总裁John Kohls先生却并不这么认为。“迄今为止，我们从未制造出一台完整的智能化机床，但已经制造出了一些部分。”他针对生产厂家吹嘘的各种智能功能发表谈论说，他希望能将这些智能化的部分合并起来，制造出新一代的机床，这些机床能真正具有独立思考的能力。为了这个目标，Kohls先生已经成为继智能机械平台计划 (SMPI)之后对智能机床项目的新任推动者。SMPI由一个包括制造技术协会和制造工程社团的组织发起成立。

对于有些机器能感知损坏的刀具并停止运转，Kohls认为那还算不上智能化，“那不过是传感器设定好的反应，而并非像人类一样的思考。”他认为真正的智能化可以同时处理多个问题，并能自我学习。SMPI成员所设想的机床是这样的：

清楚自己的工作能力，能对交付的任务进行判断是否可胜任。
能高度了解各个零件的情况，如需要，能自动停机，然后决定所需要的装置，夹具和刀具。
能监控加工过程，实时调整工艺参数或能从意外事件中自动复原。
从不非正常停机(因为其自我诊断功能能检测出是否需要维修并在故障即将来临前停止运转)。
符合通用的标准，机器之间能毫无障碍地进行交流。

所有的这些设想其可行性究竟有多少呢？到目前为止，SMPI已经作了基础性的工作，如决定智能机床需要些什么，哪些是经证明比较容易建立的部分。下一步是使用现有的机床和该组织所能提供的所有智能化硬件建造一个试验台，这项工程计划在2005年底前实施。在此之后，将对新开发的硬件和软件进行确认和商业化，使之符合SMPI的通用标准。Kohls说明了这个逐步实现的目标：“不同的机床制造商可能会因他们的特定应用而注重不同的智能化机床部件。但是，其优点是通用性标准将会得以确立。”SMPI的挑战是将该技术完成地足够出色，从而使得机床制造商主动中止他们从不愿参加公开标准的传统，并参与进来。如果这能实现，下一代的机床将能将零部件加工得更好，更快，更便宜。或者说，真正的智能化加工。

AdvantEdge 4.4有限元制模软件允许用户在制造实体原型前对加工工艺进行模拟和改良。该软件包包含了一个含有从铸铁到钛合金的106种材料的材料数据库，该数据库还具有一个能快速创建实验模型的快捷模式。

虚拟加工

如今，很多工程学科为了节省开发时间和开发费用，越来越依赖于计算机模拟。但是，实际操作对于加工制造来说仍然相当重要。实际上，据Third Wave Systems公司(Minneapolis, MN; thirdwavesys.com)销售经理Nishant Saini先生估计，在零件正式切削之前，模拟加工不会超过25%。为什么这个比例如此之低？部分原因便是由于缺乏对车间复杂软件的足够熟悉以及对特别应用于加工方面的解决方案的掌握。

这就是Third Wave Systems公司受欢迎的原因。这家公司建立了两个加工模拟的模板。一个是FEM(有限元方法)解决方案，称为Advant-Edge，目标人群是使用诸如刀具磨损预测，自动化3D残留应力分析和刀具3D热能边界条件等功能来帮助工艺形象化和调整工艺的零件设计人员以及工艺设计人员，因为这样可减少对实体模型的需求。根据Saini所述，AdvantEdge和其他许多FEM软件的区别在于它的代码是为加工情况量身定做的，例如，与金属切削相关的严重高度变形的结构分析。另一个软件，AdvantEdge产品模板，则更适合于车间使用，它注重于制造业所关心的生产周期计算以及改进设备使用的动力预测。

如些看来，加工模拟似乎只是提供给大公司使用的，但据Saini估计，一些小型的汽车加工运作如果能从实体测试转变成模拟测试，至少能减少15%到20%的刀具成本，加上用来降低废品率的成本和缩短工艺开发的时间，其潜在的利益是如此之大，以至于那些一直反对使用软件的制造商们也开始关注起虚拟加工。

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