數(shù)控系統(tǒng)加減速控制功能對(duì)精度的影響

張仁科

數(shù)控系統(tǒng)加減速控制功能對(duì)汽車模具加工精度的影響很大。保證機(jī)床運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的前提下，實(shí)現(xiàn)以過渡過程時(shí)間最短為目標(biāo)的最優(yōu)加減速控制規(guī)律能使機(jī)床更好地滿足高精度加工要求，特別是在高速加工中，加減速功能顯得尤為重要。

隨著中國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車模具加工所要求的加工精度、表面質(zhì)量和加工效率越來(lái)越高。要加工出高質(zhì)量的模具，必須有適于模具加工特性的高效數(shù)控機(jī)床。當(dāng)然，先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)是保證汽車模具復(fù)雜曲面高速加工質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素，其中，加減速控制是數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)器的重要組成部分。

加減速控制功能的重要作用

數(shù)控系統(tǒng)加減速控制功能是指數(shù)控系統(tǒng)有程序預(yù)讀功能——能“預(yù)測(cè)”加工方向的未來(lái)變化并調(diào)整運(yùn)動(dòng)速度使之符合編程表面要求；在被加工表面形狀（曲率）發(fā)生變化時(shí)及時(shí)采取改變進(jìn)給速度等措施以避免過切；當(dāng)?shù)毒咔腥牍ぜr(shí)，數(shù)控系統(tǒng)可以根據(jù)需要自動(dòng)降低進(jìn)給速率……因此，數(shù)控系統(tǒng)加減速控制功能可使工程師在編程進(jìn)給速率時(shí)只需用最高加工速度，數(shù)控系統(tǒng)能自動(dòng)根據(jù)工件輪廓調(diào)整實(shí)際速度，可大大節(jié)省加工時(shí)間，同時(shí)，內(nèi)置的過濾器能顯著抑制各機(jī)床的固有頻率，能夠更好地保證所需的表面精度，除此之外，有些數(shù)控系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)各種誤差補(bǔ)償，包括線性和非線性軸誤差、反向間隙、圓周運(yùn)動(dòng)的方向尖角、熱膨脹及粘滯摩擦等。

最優(yōu)的加減速控制規(guī)律能使機(jī)床更好地滿足高精度加工要求，特別是在高速加工中，加減速控制功能就顯得尤為重要——在 CNC裝置中，為了保證機(jī)床在起動(dòng)或停止時(shí)不產(chǎn)生沖擊、失步、超程或振蕩，必須對(duì)進(jìn)給電機(jī)的脈沖頻率或電壓進(jìn)行加減速控制，即在機(jī)床加速起動(dòng)時(shí)保證加在伺服電機(jī)上的脈沖頻率或電壓逐漸增加，而當(dāng)機(jī)床減速停止時(shí)保證加在伺服電機(jī)上的脈沖頻率或電壓逐漸減小。

加減速控制功能與加工精度

由于汽車模具的曲面形狀復(fù)雜、曲率變化較大，在加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)的加減速控制功能是影響模具質(zhì)量的重要因素之一，因此，編程人員除了按模具輪廓編制NC程序外，還必須了解所用數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)是否具有加減速控制功能。

對(duì)于沒有加減速控制功能的數(shù)控系統(tǒng)（如FANUC 0M），在NC程序處理時(shí)，對(duì)于輪廓的拐角處，加工速度要根據(jù)曲面的曲率變化而有所變化，這樣不至于在拐角處產(chǎn)生過切和欠切。

對(duì)于有加減速控制功能的數(shù)控機(jī)床，在加工模具時(shí)一定要打開這個(gè)功能（有的數(shù)控機(jī)床用指令打開，有的用設(shè)置機(jī)床參數(shù)打開），否則加減速控制功能無(wú)效。

下面筆者以加工車頂模具為例來(lái)說(shuō)明數(shù)控系統(tǒng)加減速功能對(duì)模具加工精度的影響。

圖1所示為在OKUMA機(jī)床上加工車頂模具時(shí)出現(xiàn)的過切現(xiàn)象，同樣地，我們?cè)诳刂葡到y(tǒng)是FANUC 0M的機(jī)床上加工其他模具時(shí)也出現(xiàn)過類似的過切現(xiàn)象。

出現(xiàn)這種過切的原因有兩種：

第一，在OKUNMA機(jī)床上加工模具，機(jī)床控制系統(tǒng)是OSP-U100M，該控制系統(tǒng)具有加減速控制功能，但打開機(jī)床的加減速控制功能需要設(shè)置EXECUTION MODE和MACHINING MODE兩個(gè)參數(shù)，由于操作人員沒有打開加減速功能，導(dǎo)致在加工過程中出現(xiàn)過切。

第二，在控制系統(tǒng)為FANUC 0M的數(shù)控機(jī)床上加工模具，出現(xiàn)圖1所示的過切原因是由于FANUC 0M系統(tǒng)本身沒有加減速控制功能，NC程序的編制也沒有考慮在曲面的曲率變化處改變加工速度，加工過程中機(jī)床以程序中給定的恒定進(jìn)給速度進(jìn)行加工，當(dāng)加工曲面的曲率發(fā)生變化時(shí)，機(jī)床加工速度不能跟隨加工輪廓的變化而變化。

圖2所示的就是在OKUMA機(jī)床上打開加減速功能之后加工車頂模具的情況。

編制NC程序需要考慮的因素

現(xiàn)在高速銑數(shù)控機(jī)床一般都配有具有加減速控制功能的數(shù)控系統(tǒng)，所以在高速銑數(shù)控機(jī)床上編制汽車模具加工程序時(shí)，可以不考慮曲率變化時(shí)的速度變化，而只需要考慮適合高速切削的加工走刀方式、專門的CAD/CAM編程策略、優(yōu)化的高速加工參數(shù)。這種機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)可預(yù)先閱讀和檢查多個(gè)程序段，如DMG某機(jī)床有多達(dá)500個(gè)程序段，iTNC 530具有1024段（可通過機(jī)床參數(shù)設(shè)置）預(yù)讀功能，Simens系統(tǒng)可達(dá)1000～2000個(gè)程序段，當(dāng)汽車模具輪廓的曲率發(fā)生變化時(shí)，機(jī)床加工速度能跟隨加工輪廓的變化而變化。

數(shù)控加工的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的加工，一方面要求數(shù)控機(jī)床反應(yīng)快，各座標(biāo)運(yùn)動(dòng)部件能在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到給定的速度，并能在高速運(yùn)行中快速準(zhǔn)確地停止在預(yù)定位置，縮短準(zhǔn)備時(shí)間，另一方面要求加工過程運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，沖擊小，因此，保證在機(jī)床運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的前提下，實(shí)現(xiàn)以過渡過程時(shí)間最短為目標(biāo)的最優(yōu)加減速控制規(guī)律能使機(jī)床更好地滿足高精度加工要求。

作者簡(jiǎn)介

張仁科（1981年3月11日），男，漢族，遼寧省大連市，大連現(xiàn)代輔機(jī)開發(fā)制造有限公司，電氣工程師，學(xué)士學(xué)位，主要從事機(jī)床電氣設(shè)計(jì)工作，（電話）13889572759（E-mail）ZRK099@163.com。

（作者單位：大連現(xiàn)代輔機(jī)開發(fā)制造有限公司）