数控系统加减速控制功能对精度的影响

anyaowen

数控系统加减速控制功能对汽车模具加工精度的影响很大。保证机床运动平稳的前提下，实现以过渡过程时间最短为目标的最优加减速控制规律能使机床更好地满足高精度加工要求，特别是在高速加工中，加减速功能显得尤为重要。
) r5 E7 V0 R. ~9 D# s1 v. u随着中国汽车工业的发展，汽车模具加工所要求的加工精度、表面质量和加工效率越来越高。要加工出高质量的模具，必须有适于模具加工特性的高效数控机床。当然，先进的数控系统是保证汽车模具复杂曲面高速加工质量和效率的关键因素，其中，加减速控制是数控系统插补器的重要组成部分。
加减速控制功能的重要作用
数控系统加减速控制功能是指数控系统有程序预读功能——能“预测”加工方向的未来变化并调整运动速度使之符合编程表面要求；在被加工表面形状（曲率）发生变化时及时采取改变进给速度等措施以避免过切；当刀具切入工件时，数控系统可以根据需要自动降低进给速率……因此，数控系统加减速控制功能可使工程师在编程进给速率时只需用最高加工速度, 数控系统能自动根据工件轮廓调整实际速度，可大大节省加工时间，同时，内置的过滤器能显著抑制各机床的固有频率，能够更好地保证所需的表面精度，除此之外，有些数控系统还可以实现各种误差补偿，包括线性和非线性轴误差、反向间隙、圆周运动的方向尖角、热膨胀及粘滞摩擦等。
最优的加减速控制规律能使机床更好地满足高精度加工要求,特别是在高速加工中，加减速控制功能就显得尤为重要——在CNC装置中，为了保证机床在起动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡，必须对进给电机的脉冲频率或电压进行加减速控制，即在机床加速起动时保证加在伺服电机上的脉冲频率或电压逐渐增加，而当机床减速停止时保证加在伺服电机上的脉冲频率或电压逐渐减小。
% Y# U0 v1 l& s9 W加减速控制功能与加工精度
- W( @9 \6 R* d; J" `( }9 K. Z$ e由于汽车模具的曲面形状复杂、曲率变化较大，在加工过程中，数控系统的加减速控制功能是影响模具质量的重要因素之一，因此，编程人员除了按模具轮廓编制NC程序外，还必须了解所用数控机床的数控系统是否具有加减速控制功能。
' q7 M+ B+ j4 c  t' }2 Y% L' h% j对于没有加减速控制功能的数控系统（如FANUC 0M），在NC程序处理时，对于轮廓的拐角处，加工速度要根据曲面的曲率变化而有所变化，这样不至于在拐角处产生过切和欠切。
对于有加减速控制功能的数控机床，在加工模具时一定要打开这个功能（有的数控机床用指令打开，有的用设置机床参数打开），否则加减速控制功能无效。
下面笔者以加工车顶模具为例来说明数控系统加减速功能对模具加工精度的影响。
7 g# p& k1 y* ]6 W* R. F图1所示为在OKUMA机床上加工车顶模具时出现的过切现象，同样地，我们在控制系统是FANUC 0M的机床上加工其他模具时也出现过类似的过切现象。
. M$ E% C/ n4 w6 M5 r5 ^图1 模具加工过程中出现过切
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出现这种过切的原因有两种：
8 }' {+ O  E0 [1 E+ H第一，在OKUNMA机床上加工模具，机床控制系统是OSP-U100M，该控制系统具有加减速控制功能，但打开机床的加减速控制功能需要设置EXECUTION MODE和MACHINING MODE两个参数，由于操作人员没有打开加减速功能，导致在加工过程中出现过切。
第二，在控制系统为FANUC 0M的数控机床上加工模具，出现图1所示的过切原因是由于FANUC 0M系统本身没有加减速控制功能，NC程序的编制也没有考虑在曲面的曲率变化处改变加工速度，加工过程中机床以程序中给定的恒定进给速度进行加工，当加工曲面的曲率发生变化时，机床加工速度不能跟随加工轮廓的变化而变化。
图2所示的就是在OKUMA机床上打开加减速功能之后加工车顶模具的情况。

2 g% q% w6 ~, A9 F* R* o2 s图2 在OKUMA机床上打开加减速功能加工
编制NC程序需要考虑的因素
% L1 _5 x5 J3 |& M" `4 ?现在高速铣数控机床一般都配有具有加减速控制功能的数控系统，所以在高速铣数控机床上编制汽车模具加工程序时，可以不考虑曲率变化时的速度变化，而只需要考虑适合高速切削的加工走刀方式、专门的CAD/CAM编程策略、优化的高速加工参数。这种机床数控系统可预先阅读和检查多个程序段，如DMG某机床有多达500个程序段，iTNC 530具有1024段（可通过机床参数设置）预读功能，Simens系统可达1000～2000个程序段，当汽车模具轮廓的曲率发生变化时，机床加工速度能跟随加工轮廓的变化而变化。
数控加工的目标是实现高精度、高效率的加工，一方面要求数控机床反应快，各座标运动部件能在极短的时间内达到给定的速度，并能在高速运行中快速准确地停止在预定位置，缩短准备时间，另一方面要求加工过程运动平稳，冲击小，因此，保证在机床运动平稳的前提下，实现以过渡过程时间最短为目标的最优加减速控制规律能使机床更好地满足高精度加工要求。【MechNet】
文章关键词： 数控系统