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数控机床/铣床 |
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高速加工需要高品质的数控系统 |
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newmaker 来源：MM现代制造 |
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艾伯特·爱因斯坦说过：“做任何事情都应该尽量简单，但不可简化。”针对机床领域，人们或许可以说：一个工件的加工应该尽可能快，但不可过快。
对于高速加工机床所设定的目标而言，必须在生产效率、精度和质量之间达到一种均可接受的妥协。在这方面，CNC就起到重要的作用（图1）。NUM数控系统不仅具有平滑而紧凑的CNC程序，同时还拥有很多其他功能，可对设备实现最优化调节：如为加工段做准备的Look ahead功能；自动识别待加工工件外形功能；限制振动的速度控制（累进加速坡度）功能；无拖动间距条件下进行轮廓跟踪的功能。
如果已经具备了一台驱动系统与电机匹配得很好，轴的运行强劲而稳定，同时其他所有部件也都设计优良的机床，那还有必要应用CNC的这些参数吗？
图1 高速加工需要一种能协调生产效率、精度和质量之间关系，同时具备很多功能的数控系统
一台机床就如同一辆汽车。人们可以购买世界上最好的汽车，但是，车辆的行驶速度和乘坐舒适度首先要取决于司机的素质、道路的状况和交通的情况。在CNC与汽车控制系统之间当然还有其他一些可类比的东西，接下来就通过对NUM数控系统的各种HSC功能的描述来加以阐明。
为加工做准备
如果一辆跑车或一台机床只是在直行的时候需要快的速度，那么事情就会变得简单多了。速度方面的问题往往在于需要在道路上或在待加工轮廓上保持速度。赛车手需要事先对道路中的弯道有所了解，他要知道何时需要换档和何时存在弯道而需要减速。如果他到达了弯道时才开始减速的话，那就已经太迟而会被甩出跑道了。描述待加工工件的ISO程序可为CNC提供道路曲线的情况说明，以实现加工前所需的模拟。在开始加工工件之前，CNC必须能够重新识别和记忆工件，比如它究竟是一种外形柔和的直线型长件，还是一种带有锐角的短件。与赛车手所不同的是，CNC无法在好几天之前就记住道路曲线的程序。它必须随着加工进展的同时，执行准备工作步骤。因此，它把一部分计算工作消耗在了对加工段的分析上，并确定出在何种动态条件下来执行程序段。
CNC可自动对编好的进给量所需的加工段数量做出分析，没有调节参数可用。当然，如果CNC操作者能够了解这种计算背后的物理关系就更好了。动能转换等于力所作的功。若起始速度为零，在恒加速推移下，则跑完的路程（L）、达到的速度（V）和加速度（γ）之间的关系为：
L=V2/2γ
这个公式适用于所有的机床。汽车司机往往会熟悉这样一种关系：为了能够加速，人们需要一条空畅的跑道，同时也务必知道，制动行程长短与速度的平方成正比。对于CNC来说，这意味着它必须计算出足够的加工长度，以便达到和保持所编定的进给速度。
设定在加速度为5m/s2时，为了达到60m/min的进给量，需要的长度为100mm。对于形状复杂的工件，经常需要以3D的方式和依据小的线性加工段的先后顺序进行编程。精度要求越高，则接受编程的加工段就越小。例如，要对半径为10mm、精度为1μm的圆进行描述，那么就需要用到200多个均小于0.3mm的片段。针对快速加工的场合，CNC就必须具备在每一秒钟里准备出大量加工段的能力。从这个意义上说，NUM数控系统具有很强的能力。它能自动与计算需求相匹配，并在每一个扫描周期内准备并执行多个加工段。
对轮廓面难点的自动识别
如同赛车手一样，CNC也知道如何处理各种不同的轮廓面。它识别角和弯道，在出现连续性的弯道时，也知道曲率变化。如果是一件多形式组合或是非均匀曲线曲面的加工段，CNC即会在待加工件的整个长度上对轮廓面作出分析。
CNC在整个加工行程中依据所设定的精度目标，调整其进给速度。根据预加工和精加工阶段的实际需要，人们还可以任意更改目标精度值。也就是说，在生产效率和精度之间的配合，完全可由操作者自己掌握。
在加速或更改方向时，设备总存在着一个从零加速到某个速度的点。当达到目标速度后，设备则由加速状态转换到恒速状态。这种加速变更会造成一种振动并减弱设备的生产能力。为了尽可能把振动减小，就必须应用CNC振动限定功能。NUM数控系统可以以抛物线的方式调节加速度的梯度，即通过加速的方式实现对冲击的限定（可控的抑制）。如果与汽车作比较的话，这就好像是通过缓慢操控油门和脚刹的办法来控制参数，使乘车人不会感到瞬间变速而不舒适一样。为了能够更方便地调节步阶式加速，NUM公司决定采用临时性参数：加速时间和冲击控制时间。研究结果表明，当加速时间等同于设备主导柔性模式周期时，振动就得到极大衰减。
轮廓跟踪实现高轮廓精度
在工作准备阶段，可以确保按照Look-ahead所确定的速度对工件进行加工。由于CNC事先都已经顾及到了各种物理限定因素，因此没有必要再另外使用过滤器。通过“高轮廓精度”功能，可以弥补由驱动引起的动态误差，从而达到极微小的轮廓瑕疵。
针对较高表面质量的ISO程序平整
NUM-Coss是一种平整和压缩的软件，它可以改进ISO程序，提高加工工件的质量。CNC结果程序便是CAD/CAM工艺的成果：通过CAD的3D模型设计，通过CAM系统的刀具行程计算，通过后处理程序生成ISO功能块并与设备相匹配。遗憾的是，在每一个步骤中与原始模型产生的几何偏差都很小。特别是在制定加工策略时，轮廓的质量会受到CAM程序的影响，例如涉及CAD模型表面变动的点云斑。这是设备遇到问题或需要二次加工的最常见原因。
CAM程序确定的刀具行程要受到离散参数的制约。若选择的离散参数较差，则CNC就会出现问题并影响到加工状态。通过采用NUM-Coss来制定ISO程序，则不仅可获得较短和较平滑的程序，同时也可实现较快的加工速度和较好的表面质量（图2）。
图2 经NUM-Coss优化了的CNC程序可以显著提高工件的表面质量（上）
如果操作者没有任何技能和诀窍，就算使用再好的数控系统也无济于事。因此在加工时，需要在速度和精度之间找到一个好的平衡点。NUM数控系统的HSC功能可以同时改善这两种参数。但是，在众多的因素中，只能针对某一个方面对HSC进行优化，这时操作者就需要发挥主要的作用。操作者应该把握好CNC中的HSC参数，以便他在各个不同的加工阶段，能够把参数相应地调整到最好。在对各工件加工质量的评判和使设备及控制系统达到最佳运行状态上，操作者的工作经验是无可替代的。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(5/31/2009) |
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