未来制造技术大揭秘（下篇）

西门子公司在2016国际金属加工展览会（AMB 2016）上，推出了他们的物联网（IoT）生态系统MindSphere的概念模型，该系统可以用作所有工业行业的数字化平台。在EMO 2017展会上，MindSphere完成了首秀演示。该系统的应用涉及到整个增值链的数字化，无人机中一个注塑零件的制造就是一个很好的实例。在这一系统的帮助下，机床制造者和操作者能够更便利、更快捷地体验到现实世界和虚拟世界相融合所带来的优势。正是出于这样的考虑，西门子公司将EMO现场超过200台机床，通过Manage MyMachine应用程序连接到MindSphere系统中。这样一来，参展人员能够从计算机上获取到正在执行的加工代码的实时信息，了解来自于世界各地的机床的当前状态。当然，这种开放性需要适当的数据安全解决方案来保驾护航。Identify3D安全解决方案就是一个很好的选择，它保证了数字化制造过程的可追溯性，同时出于保护知识产权的考量，设计和生产数据的精确规格和细节信息则被保护起来。

除了网络化解决方案，西门子公司还展示了新的软件工具产品，比如Analyze MyWorkpiece。这是一款非常易于操作的图形化工具，可以用它来做刀具尖端轨迹的可视化分析，还可以用它显示、编辑不同的走刀速度和走刀方向。这对于发现加工错误、优化加工过程来说是非常必要的。无论是使用任何的CAM软件包编写的加工程序还是手动编写的程序，Analyze MyWorkpiece都支持，不会给软件运行带来任何麻烦。

在本次机床展上，西门子公司不仅展出了最新的软件产品，还展出了硬件设备。其中多点触控显示作为一种新型操作控制理念而广受好评，其显示屏本身具有很高的强度和可靠性，甚至可以应用在油污、脏乱等恶劣环境下。西门子展示的16:9规格操作面板和多点触控操作面板，都是使用这种显示屏制造的。可以非常有把握地说，这种新的操作面板在不久的将来会取代过去的控制台。

机加过程中的床身振颤，会降低机床的生产效率。为了避免这一情况的发生，西门子公司开发了一款动态阻尼器。这款名为Active Vibration Absorber的阻尼器可以集成到机床设备中，用以减轻床身结构敏感区域的震动。这款装置只有鞋盒那么大，自重仅为20kg，能够测量加速度，并能以200赫兹的频率做变速运行，可以有效抵消10公斤的振荡质量。

机床设备租赁

为了进一步加大客户使用机床设备的灵活性，Swabian机床的制造者——恒轮（Heller）公司，提供了名为Heller4Use的机床租赁服务。可供即时出租的机床型号包括H2000和 H5000，并且包含了全覆盖服务支持协议。收费金额按固定月度租金加上主轴使用时间（即纯使用时间）金额的方式进行核算。此外，这些机床都连接到西门子的MindSphere生态系统中，因此符合现今流行的网络化生产趋势。机床租赁服务，可以帮助客户在不需要投资新设备的情况下，应对生产高峰期。不仅如此，它还非常符合处于创业初期的企业需求。

“工业4.0 ”齿轮加工平台

在EMO 2017展会上，家族式企业Klingelnberg展示了他们为齿轮加工量身打造的基于信息平台（IT platform）的“工业4.0”解决方案。该方案的核心理念在于，将网络化和过程信息处理技术全面渗透至齿轮生产的整个过程链中。Klingelnberg公司的这一产品理念，可以说和EMO 2017“互联系统促进智能生产”的展会主题不谋而合。基于此理念开发的GearEngine信息平台，组成了网络物理闭环生产系统（cyber-physical Closed Loop production system）的主要骨架。该平台作为机床本体和其它辅助设备 (比如该公司自主研发的SmartTooling智能刀具识别系统)之间的中心环节，主要负责轮齿数据、生产设备、工件历史这三个数据库的管理工作。为了实现这样的功能，机床的设备组件需要向信息平台进行数据传输，例如当前的齿轮加工中所使用的刀具和夹具信息。该平台的应用，使得每个齿轮的加工过程都得以重建。此外，通过信息平台还可以直接干预生产流程，比如在两个齿轮的加工间隙，插入优化加工参数的任务。

在“工业4.0”的框架下，应用智能眼镜来扩展服务内容

来自于德国埃斯林根的Index-Werke GmbH & Co. KG Hahn & Tessky公司，展出了符合“工业4.0”和数字化时代要求的多项创新成果。除了基于云技术的，可用于接收和编辑过程数据的物联网平台之外，尤其值得注意是，以智能眼镜技术为依托的新服务构架。通过智能眼镜的实时分享功能，客户可以自行排除设备故障。同样来自于埃斯林根的另一家公司，可以提供智能眼镜的可视化技术服务。相关的信息和指导都会通过机床上配置的智能眼镜传送给客户。这样做既省时又省力。

集成传感器技术用于降低次品率

来自英国新米尔斯的Renishaw公司，作为高精密技术领域的全球运营商，展出了其在测量应用和生产制造领域的产品线。在互联互通的大背景下，Renishaw展出了具有集成化特点的测量系统。在该公司的EquatorTM测量装置，搭载了一个智能过程控制系统，能够在数控加工过程中自动更新刀具修正数据。由于该装置是直接嵌入到生产操作系统中的，修正数据可以从测量装置发送至机床的执行系统，直接影响后续零件的加工。通过这样的持续改进过程，次品率将大大降低。

网络应用与硬件创新技术背景下的新兴企业

为了在不考虑零件尺寸的情况下，使零件加工的灵活性更高、成本效益更大，Leibniz大学生产工程与机床研究所创办的新企业Picum MT，试图以全新思路来达成这一目标。摒弃了传统的将工件放置到机床上的加工方式，Picum MT推出了名为Picum One机器人，会主动靠近工件来完成加工，这款机器人的自重仅为100kg，装载了特有的软件系统和测量装置。由于是新创立的公司，采购和运营成本都较低，同时由于机器人的体积较小，设备体积增大引起的准确度降低的问题，也可以被轻松避免。Picum系统可以与任何工件以全自动的方式完成对接，空间位置的准确度可达15µm。Picum样机上搭载了五轴联动加工设备和一个功率为7.5 kw铣削主轴，可以完成钻削、铣削、磨削。未来，该设备还将扩展出更多的功能模块，如测量、激光切割和3D打印。

在机床主轴制造领域，来自于德国达姆施塔特的Carbon-Drive GmbH展现出卓越的创造力。这个由Darmstadt大学应用科学系创办的新企业，发明了世界上第一台全碳电机主轴。由于具有超高的刚度和热稳定性，该产品的应用前景将会非常广阔。用这种新型材料制成的主轴，自重较小，加速和减速功能都有很大提升，转速提高了50%，能耗、非生产性时间和成本都大大降低了。另外，这种材料具有很好的环境适应性，非常适合用于制造集成测量设备，用以实现对切削加工过程的实时监测。

以创新型的切削方式来实现高速车削

这里介绍两项创新成果，它们使车削效率提高到前所未有的水平：瑞典的刀具制造商山特维克公司（Sandvik Coromant）开发出两种分别对应于粗、精加工的车削刀片，在以定制化的走刀方式车削回转轮廓时，能够达到更高的生产效率。在各种变化的走刀方式下，都能保持很高的进给速率。

在立式车床领域，来自德国勒沃库森的Vandurit 机床公司与埃马克（Emag）公司开展技术合作，给我们带来了更多惊喜 。他们推出了名为滚动进给的切削方式，当车刀切入工件时，刀刃会以滚动的方式完成切削动作，即使是在硬车情况下（HRC 60±2），其进给速率仍可达到 f = 0.4～0.5 mm 每转。另外，这种刀具的使用寿命也更长，这是因为在滚动进给的过程中，摩擦力和拉伸力是分布在整个刀刃边缘的。在这一加工过程中会用到两种刀片，分别对应于粗、精加工。

高效的新型全自动多主轴机床MS40C-8

对于高精度回转零件的大批量生产而言，全自动多主轴机床无疑是最佳的选择。这种机床设备的制造理念为，一个主轴在一个工位下完成一道工序，一个工序完成后，工件自动进入下一个工位，由另一个主轴完成下一道工序，以此类推，直到整个加工过程结束。在本次展会上，Index-Werke公司推出了新型的多主轴机床MS40C-8，其上配有8个直径为40 mm的加工主轴。尤其值得一提的是，该设备为工件的后侧加工提供了多种选择，与其他竞争对手的同类产品形成了鲜明的对比，因此为客户提供了更高效的复杂零件加工方案。

柔性更高的五轴磨削加工中心

来自瑞士的联合磨削集团（Mägerle）展出了他们最新开发的五轴磨削加工中心，就此树立了柔性制造的新标杆。除传统的磨削外，这种类型的机床还可完成铣削和钻削加工。这种机床兼具多功能性和高柔性的特点，非常适合应用于航空航天制造领域。砂轮修整和换刀同步进行的功能，保证了每个磨削工序都是由修整好的砂轮完成的，即使是长时间加工，也能确保高加工精度和高切削效率。在冷却润滑方面，该机床有切换切削液喷嘴的功能，可以根据加工方式和刀具的不同，选择不同的切削液喷嘴，这就保证了最佳的冷却、润滑液供应效果。借助于存储在RFID芯片上的加工过程数据，可以进行刀具识别，进而降低加工错误出现的概率。

无需冷却润滑液就可完成齿轮磨削

来自于意大利的齿轮切削设备专业制造商Samputensili公司，展出了世界上首台用于齿轮加工的干磨机床。这里，热处理后齿面精加工无需使用冷却液。在SG 160 Skygrind磨床上，齿轮粗加工是通过强力刮齿工艺完成的，齿轮精加工则通过展成磨削的工艺进行。这种机床已经完成了第一个工业应用案例。如果能全面推广这种干机加设备，对于节约能源和保护环境来说，肯定是件好事。

框架类零件的高效生产

来自于巴伐利亚的机床制造商Grob-Werke，专门致力于框架类零件加工制造，在本次展会上推出了三种型号的机床设备G500F、 G520F和 G600F。这些机床具有加工空间大、高柔性、清屑容易、高动态响应的优点，特别适合应用于轻型金属的机加场合。另外，这些机床的结构也非常紧凑，可用于干、湿加工或使用很少切削液的加工情况下，可以自成一个加工制造单元，或是和其它机床联合使用组成自动化生产线。

机床的冷却解决方案正朝更高效、更智能的方向发展

网络化生产系统中当然也包括机床冷却系统。冷却系统应该做到对温度的精确控制，同时要保证高效性，并且能够提供“工业4.0”应用程序所需的状态数据。来自于德国赫博恩的Rittal GmbH & Co. KG公司，所推出的新型Blue e+ Chiller液态冷却解决方案，就完全满足上述要求。该公司采用了一项新技术——取决于消耗的压缩机和风扇控制，将冷却系统的能耗降低了70%。在温控方面，该产品可保持0.1开氏温度的控制精度。此外，该冷却系统还装载了基于PLC的智能芯片，用于测量和记录如电流、电压、温度和温差等的运行数据，之后会根据收集到的信息作数据评估，从而实现能量监控。使用智能逻辑单元来进行数据评估，可以得到非直接状态信息，如过滤器的清洁程度。要将这些状态信息传输到更高阶的监控分析单元，则需要引入一个通信模块来支持不同的网络协议。

智能轴承与导轨系统

来自德国施韦因富特的Schaeffler Technologies AG & Co. KG科技公司，在本次机床展上展出了其在直线导轨和主轴轴承监测方面的创新成果，并展示了一种用于高性能轴承制造的新型耐磨材料。该公司认为，导轨故障大多是由润滑不足引起的。他们开发的INA DuraSense直线导轨，采用机电一体化的设计理念，实现了润滑液的按需供应，因此可以达到更长的使用寿命。该导轨的滚动体中装有一个加速度传感器，可以检测临近滚动体的震动情况。之后，会以25kHz的频率进行信号评估，在导轨工作的过程中，评测数据的输出是连续不断的，可以根据评测结果判断润滑状态是否良好，进而决定是否需要触发自动润滑装置。这种检测装置很大程度地提高了导轨系统的可靠性。另外，润滑间隔时间的长短可以作为判断导轨磨损状况的指标。Schaeffler公司认为，润滑间隔越短，导轨寿命就越接近尾声。因此，对导轨系统进行预防性维护，可以避免设备突然失效引发的事故。

在主轴监测方面，Schaeffler公司推出了名为FAG SpindelSense的监测单元，可以探查到主轴过载的情况。该产品中装载了电涡流传感器，可以探测到两个径向和一个轴向的位移，以及两个方向的角度偏转。通过这种方式，可以获取到机床5个轴向的运动信息。此外，其上集成的温度传感器还可以获取到温度信息。上述信息之后会被传输到轴承模块，用以计算出适宜的对抗磨损所需的轴承压缩量，一旦计算出的压缩值超过了轴承的许用值，就会触发一个警告信号。使用这一监测单元，用户再也无需担心过载事故的发生了，这对于优化操作状态和提高生产效率都大有帮助。

另外，Schaeffler公司还展示了一种高速主轴轴承，这种轴承是由新型的高性能材料Vacrodur制成的。在混合摩擦占主导的应用中，较普通耐磨钢制成的轴承其名义寿命提高了25倍之多。在弹性流体动力润滑（EHD）条件下，采用这种材料可以使主轴轴承的寿命提高13倍。因此，这一新型轴承非常适合应用于高性能、高速主轴中。

总结

2017汉诺威欧洲机床展（EMO Hannover 2017）全方位立体式地展现出数字化对金属加工制造业的深刻影响。不胜枚举的物联网（IoT）平台系统，如 Adamos、Grob-Net 4 Industry、MindSphere，在展会上一一亮相，推进了数字化进程的发展。为了迎合这一趋势，金属加工业的制造商们开发出各式各样的工具类辅助设备，这些设备都配备了传感器和数字通信接口，为数字化网络化生产系统的建立添砖加瓦。面向未来的创新技术所要达成的依然是传统的目标，如生产过程的可追溯性、优化资源管理、高柔性和高效生产。EMO 2017会展中所展示的机床硬件、刀具、附件设备的新技术，都有助于这些目标的实现。尤其引人注目的是增材制造技术，众多的创新型展品可谓是百家争鸣，这项年轻的、成本效益更高的制造技术，所展现出的广阔的应用前景是毋庸置疑的。