高性能的机床需要高效能CNC

平面磨床 · 发表于 2011-7-12 22:14:04

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多轴运行、高速加工和高精加工，复合型机床的特征是多方面的。但在其背后都有高效能的CNC在确保其可靠的运行。
复合型设备需要可靠、精确和快速的控制。对于五轴加工中心和车铣或集其他技术工艺于一身的复合型机床来说，亦是如此。在多个工位上以固定节奏执行各种不同加工任务的多路径加工设备（如多轴机床和传送设备）需要非常高效的CNC。
并非只有可控通道和轴的数量决定了控制系统的效率，还有所使用的软件是否运行快速、可靠，而且是否为厂家和用户提供最佳的服务支持也属于基本的前提条件。这一点对于诸如车铣机床等设备来说非常重要。即使各加工工艺分开进行，即车、铣加工分别在拥有各自通道的不同工位上进行，也可以共同使用轴和刀具。其前提是各个通道可以相互交换信息，并达到同步的传递和加工。这种多通道的应用有一个瓶颈，就是在主轴旋转速度同步的情况下设备传递的复杂性。
五轴加工需要辅助功能
针对五轴加工，可以对增强现有设备及其控制系统潜能的软件功能进行充分的利用（图1），还有增强刀具的长度、方向和半径的补偿能力（TCP、TPC和 TRC），如刀具对加工材料的切入点（计算）补偿问题。如果是特殊刀具（如梯形铣刀），则需要输入特别的但通常在CAM软件里具备的校正数值。在对刀具进行测量之后，这些数值即可永久保存在Fanuc GE的CNC里，通过按键即可调用。这样不仅可以简化NC编程，同时还可以实现瞬间更换刀具，而无需更改NC程序。

图1 在这台设备上，必须对86个轴和33个高速主轴进行控制
数学解析是高精度的前提
为了满足对高精度的要求，设备制造厂家研发了各种技术方案，其特点表现在刚性极佳的结构和精确的驱动技术上。CNC也具有重要的影响，这是因为它需要控制精确的运行（图2）。Fanuc GE公司的30/31/32i系列CNC可以提供1μm~1nm控制步距的数学精度。

图2 为了在采用五轴铣削时能够充分利用可增强现
有设备及其控制系统潜能的软件功能，在控制系统里
集入了诸如刀具长度、方向和半径补偿等重要的功能
这种数学解析是高精度的前提条件。同时，机械部件也极其重要。例如丝杆应达到尽可能小的间隙。某种程度上的机械误差可以通过CNC补偿功能得以改善或补偿，例如采用后坐力加速补偿功能，这种功能通过“Servo Guide Mate”软件几乎可以实现全自动和瞬时的调节。针对更高的精度，还有主轴斜率补偿和直线补偿功能可供使用。
CNC应当能够有助于提高切削作业的生产效率。针对精度上的要求，控制系统上的NC程序可以在1~10级范围内优化到最高的精度或最大的速度，当然这是单独针对各个程序和加工流程而进行。因此在粗加工时，加工速度的重要性高于一切；而在精磨时，高精度的设定是至关重要的。
如果一个工件在某一工位加工后被取走，如用于测量，而后需要再返回到设备上继续接受加工的话，则需要考虑工件位置补偿（Workpiece Setting Error Compensation）问题。与原始夹持的状态相比，较小的尺寸偏差在所难免。这项功能可以把测量结果视为后续加工流程的矫正系数。

图3 针对车、铣综合加工的控制，CNC的功效起到很重要的作用
干扰性检测避免碰撞
“3D 干扰检测”功能有助于避免碰撞的发生。这是因为如果机床主轴在复杂的轨道上极快速运行的话，它总存在着一个安全风险的问题，至少操作人员需要特别小心。通过这种内置的碰撞控制功能，设备制造厂家和设备操作者可借助于几何外形对所有碰撞危险区域（如刀具、工件、工作台和夹持装置）进行定义。控制系统在计算轴的运行轨道时，会把这些空间信息与当时采用的刀具数据结合起来考虑，即使在运用五轴程序的情况下，也会避免可能发生的碰撞事件。
碰撞监视也适用于控制
在加工过程中，碰撞监视功能一直发挥着作用。操作者也可以在加工之前的干运转中进行检测。在铣削过程中若设备因及时发现的干涉危险而发生停机，则设备操作者可在监视功能仍然有效时使相关的轴退回。这样，即使他因疏忽而按错按键的话，也可以避免碰撞事件的发生。30/31/32i系列CNC可以为复合加工提供一个良好的基础，并满足多轴和多通道加工的要求。控制系统具备高速运行的处理器和内部的高速总线。由此可以实现快速的数据处理和很多软件功能。
【MechNet】
文章关键词：机床

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