机床在线加工 属于未来的高效生产模式

背景说明

数控机床加工广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶机械制造、电子设备等领域,是现代制造业的核心业务模块。随着数控设备的发展，越来越多的制造环节正由传统的人工方式转变为效率更高、稳定性更好的数控加工方式。与人的自主性不同，数控加工依赖加工程序的控制与执行，数控系统的内存相对较小，如果加工复杂工件、程序较大，每在更换加工零件时，加工程序不得不进行反复的删除和键入，繁重重复的程序准备工作浪费了大量的工作时间，直接影响到数控机床的效率。

如今，随着科技的不断发展和进步，机床在线加工应用正逐渐成为制造业的主要趋势。

图1 机床加工场景

什么是在线加工？

机床在线加工是指利用数控机床和互联网技术，通过网络连接机床，实现远程控制、监控和调整机床加工过程的一种方式。用户可通过互联网平台上传零件的CAD文件，选择加工工艺和材料等参数，生成加工程序，并通过服务器将程序远程传输并控制数控机床进行加工操作。加工过程中，同时，通过云计算和数据传输等技术，也可实现对加工过程和程序运行状态的实时监测和管理，提高加工的效率和品质。

图2 在线加工步骤

一般来讲，机床在线加工分为以下几个步骤：

1. 程序文件创建

通过计算机编写机床的加工程序，或是使用专门的自动编程软件，根据产品的三维模型文件生成机床的加工程序，创建完成的程序文件以结构化数据形式储存在服务器中，也可根据实际管理需求形成审核机制，进行程序文件的标准化管理；

2. 程序在线加工

实际加工过程中利用计算机网络等通信技术，将数控机床与远程服务器连接起来，程序文件在线传输到机床中进而控制机床进行自动化加工，常见的在线加工方式如下：

 远程下发加工

    可直接登录后台服务器，选择待加工的程序文件及要加工的设备远程将程序文件传输至机床中，机床调用程序代码完成自动化加工控制；

 线边调用加工

基于结构化数据保存可将程序管理系统与MES系统实现集成，通过与生产工单的关联，在进行工单生产时可直接选取工单关联的程序文件进行调用加工，对于柔性线系统则可基于自动扫码识别或是RFID芯片感应获取工单信息，系统自动匹配程序号进行调用指令传输，进而基于设备联网经由FTP服务器将程序代码文件传入设备中完成加工控制；对于零件程序的容量大于CNC 容量的情况，可将零件程序存储在电脑中，利用传输电缆，一边传输程序一边加工，当零件程序执行完毕后传送到CNC中的程序自动消失。

图3 系统集成线边调用程序

 远程控制方式

通过网络将控制指令发送到在线加工设备，实现远程控制在线加工的操作。利用计算机网络等通信技术，将数控机床与远程服务器连接起来，通过远程控制软件，实现对数控机床的远程控制和操作。

图4 远程控制加工

 CAD/CAM集成方式

利用计算机辅助设计和制造技术，将设计软件和加工软件进行集成，实现从产品设计到数控机床加工的全过程自动化，用户只需进行产品设计，软件会自动生成相应的加工程序，然后将程序下载到数控机床的数控系统中，实现自动加工。

3. 加工过程监控

基于设备联网，利用互联网通信以及云计算技术可采集设备运行参数，实时监控设备运行状态与程序执行情况。对于异常的程序可自动记录异常信息，并通过回传功能实现程序文件的版本迭代管理。

图5 程序调用与回传

机床在线加工基于服务器FTP远程管理控制使得柔性换型及远程控制成为现实，大大减少人工干预，降低生产成本，提高生产效率，同时也为零件制造提供了更灵活的解决方案。

多场景在线加工解决方案

在线加工可以根据不同的要求和需求进行灵活的加工和调整，不仅能够快速适应市场的变化，也可通过自动化和数字化的方式进行生产加工高效地满足客户的需求。在线加工可以通过优化生产流程和资源配置，最大程度地利用各种资源，提高资源的利用效率和生产效益。同时，利用先进的技术和设备进行加工和生产，也大大保证了产品的质量和稳定性，避免出现人为错误和质量问题。

与传统离散型机床加工相比，在线加工灵活性更好、效率更高、资源利用率高并且更经济环保。标准高效化的生产模式，可帮助企业不断提升产品的品质和竞争力，提高企业的市场竞争力和生存能力。基于不同场景下在线加工的生产需求以及在线加工本身特性，未来在线加工必然承担起智能制造的大梁，为生产制造提出各种场景化解决方案：

1. 自动化生产在线加工

柔性线控制与信息化系统可通过与上层制造部MES系统、DNC程序管理系统以及PLC总控模块集成，实现程序的自动匹配、自动传输、写入校验、自动加工执行、自动测量检验等功能，整体实现自动化加工，提高生产效率和产品质量。

图6 自动线加工场景

2. 跨地域生产在线加工

随着全球化的发展，许多企业拥有分布在不同地区的生产基地。机床在线加工可以实现远程控制和制造，使企业能够迅速响应市场需求，灵活地调整生产布局，提高生产效率。

3. 现代化智能制造

现代制造业需要连接机床和计算机，实现数据采集、分析、优化和调整。机床在线加工可以实现对机床状态、加工过程和产品质量的实时监控和调整，提高生产效率和产品一致性。

4. 个性化定制场景

随着消费者需求多样化和个性化的增加，传统的大规模生产模式已经无法满足市场需求。机床在线加工可以根据消费者需求实现快速定制生产，提高市场竞争力。

作为一种以信息技术为基础的先进制造技术，在线加工在提高生产效率、质量和灵活性方面具有重要的意义，可帮助制造型企业提高市场竞争力，适应市场需求的变化，推动制造业的转型升级。

在线加工和自动测量补偿的综合应用

在实际生产过程中对于连续在线自动加工的场景，在线加工系统往往与在线测量系统相结合，以保证产品质量的持续合格、降低产品批量报废的风险与物料成本损失。

图7 移动测头自动化在线测量

在连续在线加工的场景下，加工的精度受机床运行参数改变、刀具磨损、装夹异常等各种情况影响，如若不能及时发现精度异常，则极易出现加工产品的尺寸超差，产生产品的批量报废。因此，可通过安装智能化测头以及部署测量宏程序，实现在线加工完成后机床自动调用测头测量产品尺寸，一方面测量结果可用于产品SPC监控统计，控制产品质量；同时基于测量结果，系统自动进行刀具异常判定，如有异常可基于刀具补偿规则，自动计算刀具补偿值。最后，通过机床联网IOT平台在线补偿到机床宏程序，完成在线加工的智能补偿控制；

图8 在线测量系统应用逻辑

在线测量系统可实现产品尺寸在线测量与智能补偿，大大减少离线测量等待时间与人员成本；产品尺寸异常及时发现并在线补偿，降低人员手动补偿输错风险，从而降低产品报废以及返修返工成本，对于未来无人化生产场景具有巨大的应用价值。

展望

随着啊“碳达峰”与“碳中和”的双碳目标的提出与推进落实，越来越多的制造业必然走向智能化改造、数字化转型的发展道路。在万物互联技术不断发展和应用的加持下，在线加工与在线测量必然在未来智能制造领域扮演重要角色。不仅可以推动传统制造业向智能制造、定制化生产方向发展，同时对于创新创业、环保产业发展以及跨区域合作创新具有极大的促进作用。