模具制造業(yè)以及航天工業(yè)的零件加工可以用現(xiàn)代化的高速切削(HSC)技術(shù)得到最優(yōu)化的效果。如果想達(dá)到高速切削技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性目的，那么就要使機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)能夠應(yīng)對(duì)高于常規(guī)切削方式的運(yùn)動(dòng)速度。 &UW
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　　機(jī)床運(yùn)動(dòng)速度不但要非�？欤�加工形狀也必須準(zhǔn)確，數(shù)控系統(tǒng)必須在編程輪廓加工路徑上精確地控制加速和減速運(yùn)動(dòng)。為了應(yīng)對(duì)加工時(shí)間、表面質(zhì)量和幾何精度間的矛盾，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)必須為銑床和加工工藝提供最優(yōu)化的解決方案。而且最終用戶也可以通過簡(jiǎn)單的參數(shù)調(diào)整控制最終的銑削結(jié)果。CNC系統(tǒng)的路徑控制能力是特定精度和表面質(zhì)量條件下影響加工時(shí)間的決定性因素。 Jk.Ec)w  
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圖1 自由形狀加工(雙曲面)
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　　模具制造業(yè)高速切削(HSC)技術(shù)對(duì)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的要求為高硬度材料和合金工具鋼加工提供了許多全新選擇。在經(jīng)典的電火花成形加工技術(shù)之后，高速切削技術(shù)直接加工高硬度材料越來越顯示出卓越的經(jīng)濟(jì)性。HSC技術(shù)的突出優(yōu)勢(shì)之一是它在加工期間的溫度分布情況和熱量排除能力。高速切削、高速進(jìn)給和小的切削深度使切屑可以將大量熱量帶離工件。 JvHGu&Nr!  
　　HSC的要求和影響 4Qr16,Us  
　　HSC加工進(jìn)給速率大，對(duì)加工曲面工件輪廓的加速度要求更高。它能突出體現(xiàn)機(jī)床的機(jī)電性能。如果進(jìn)給驅(qū)動(dòng)加速度增加，必然會(huì)使機(jī)床的結(jié)構(gòu)承受更大的加速力。此外，也容易造成機(jī)床的振動(dòng)，影響表面質(zhì)量。這就要求數(shù)控系統(tǒng)在盡可能縮短加工時(shí)間和滿足精度要求條件下具有實(shí)現(xiàn)最佳表面加工質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)控制能力。數(shù)控系統(tǒng)必須為機(jī)床制造商和用戶提供最佳的路徑控制方法。 J% B(4`  
　　機(jī)床制造商需要數(shù)控系統(tǒng)可以最佳地控制機(jī)床的特性。數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)為運(yùn)動(dòng)控制和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制環(huán)提供參數(shù)，以及具有合理的結(jié)構(gòu)。機(jī)床經(jīng)常通過最終精加工零件測(cè)評(píng)其性能。必須執(zhí)行每一項(xiàng)加工任務(wù)確保高動(dòng)態(tài)響應(yīng)不會(huì)造成機(jī)床的振動(dòng)。因此，數(shù)控系統(tǒng)必須與機(jī)床緊密配合以確保任何加工任務(wù)都具有高動(dòng)態(tài)性能。 $=j}JX}z  
　　CNC機(jī)床用戶要求數(shù)控系統(tǒng)在滿足工件精度的前提下能夠減小加工時(shí)間。達(dá)到要求精度不需要耗時(shí)的測(cè)試，首件加工就必須能達(dá)到要求。這些要求必須定義在NC程序中，以確保批量生產(chǎn)的要求。而且，為使模具的加工時(shí)間控制在可接受的范圍內(nèi)，自由形狀表面經(jīng)常采用往復(fù)路徑銑削。這樣，數(shù)控系統(tǒng)還必須能生成從相反方向加工輪廓的可重復(fù)刀具路徑。否則，將損壞表面質(zhì)量。 6m$,t-f0b  
　　數(shù)據(jù)處理能力對(duì)工件表面質(zhì)量的影響，用金屬切削方法加工零件涉及大量中間步驟，通過這些步驟將CAD模型幾何形狀轉(zhuǎn)為刀具路徑;CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì));CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造);CNC(計(jì)算機(jī)數(shù)字控制);機(jī)電系統(tǒng)。 ]i=\5FH e  
　　優(yōu)化加工時(shí)間、表面質(zhì)量和工件精度對(duì)CNC系統(tǒng)提出了以下的基本要求：有效監(jiān)測(cè)輪廓公差;運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)換后，準(zhǔn)確的重復(fù)相鄰路徑;高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)不會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)。對(duì) 2D刀具運(yùn)動(dòng)，數(shù)據(jù)處理鏈能力對(duì)工件精度的影響可以用海德漢公司的KGM182 2D編碼器檢測(cè)。通過龍門銑床上的演示單元可以展示海德漢iTNC 530系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制特性。KGM是最終可實(shí)現(xiàn)輪廓精度的基礎(chǔ)檢查工具。 Q6cF<L`bW  
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　　更快、精度更高和更準(zhǔn)確的輪廓 ;b[% L&  
　　有效地控制輪廓公差自由形狀表面的NC程序通常用CAM系統(tǒng)生成，它由大量簡(jiǎn)單線段組成。海德漢數(shù)控系統(tǒng)能夠自動(dòng)平滑處理過渡形狀，同時(shí)保持刀具在工件表面上的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。這個(gè)檢測(cè)輪廓偏差的系統(tǒng)內(nèi)部功能，可以自動(dòng)控制平滑處理過程。 1or4s{bmo  
　　在自由形狀表面上，CAD幾何形狀模型的偏差包括定義的輪廓公差值和CAM系統(tǒng)定義的弦高差。對(duì)工件的最終影響取決于機(jī)床整體特性和進(jìn)給軸的加速調(diào)整值和加速度。 Y%UfwbX!g  
　　iTNC 530的路徑控制功能可以平滑處理加速并滿足輪廓公差要求，甚至是在輪廓加工速度劇烈變化時(shí)(圖3)。如果可以定義更大的公差，就可以顯著縮短加工時(shí)間。在本例中，將輪廓加工公差從0.01mm放寬到0.02mm，加工時(shí)間縮短12%。 <B;l).[6  
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　　圖4為最優(yōu)化運(yùn)動(dòng)控制的效果。用往復(fù)運(yùn)動(dòng)加工自由形狀表面(編程進(jìn)給速率為10m/min，精銑余量為0.1mm)。圖4a的工件表面質(zhì)量不合格。用iTNC 530系統(tǒng)的加工結(jié)果如圖4b所示，相鄰路徑重復(fù)性好。 ,$,6%"'"  
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　　圖4 換向運(yùn)動(dòng)的多刀銑削，相鄰切削路徑的重復(fù)性 4a：相鄰路徑偏差導(dǎo)致的表面質(zhì)量下降 4b：iTNC 530系統(tǒng)銑削結(jié)果：前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)加工的表面一樣HSC銑削技術(shù)要求的進(jìn)給速率是對(duì)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的巨大挑戰(zhàn)。只有達(dá)到更高的輪廓加工平均速度才能縮短加工時(shí)間。但是，如果有小半徑路徑，就必須大大降低運(yùn)動(dòng)速度，以保證路徑偏差在允許的公差帶內(nèi)。此外，加速和減速運(yùn)動(dòng)還能造成機(jī)床結(jié)構(gòu)振動(dòng)，損害工件表面質(zhì)量。 =<.8  
　　提速和加速度的平滑運(yùn)動(dòng)控制是海德漢數(shù)控系統(tǒng)的突出特點(diǎn)。它能非常有效地抑制機(jī)床振動(dòng)。根據(jù)需要，數(shù)控系統(tǒng)還可以自動(dòng)降低編程進(jìn)給率使振動(dòng)的危險(xiǎn)性降到最低。有效預(yù)防機(jī)床振動(dòng)使零件程序以更高的運(yùn)動(dòng)速度執(zhí)行，因此能顯著縮短加工時(shí)間。 c}II
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　　圖 5為2D輪廓的機(jī)床刀具實(shí)際路徑。如果提速無平滑處理，加速運(yùn)動(dòng)階段機(jī)床產(chǎn)生振動(dòng)(圖5a)。海德漢公司的iTNC 530系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制功能能有效避免嚴(yán)重振動(dòng)(圖5b)。圖6的工件表面質(zhì)量再一次清楚地顯示出海德漢公司數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制功能的非凡作用。沿圖示圓弧運(yùn)動(dòng)需要在每一點(diǎn)處改變軸的加速度，造成機(jī)床振動(dòng)(圖6a)。iTNC 530通過平滑處理提速獲得了高質(zhì)量表面，沒有振動(dòng)影響(圖6b)。 A|