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加工中心CNC控制下的運動

時間:2011-06-09 08:47:41 來源:未知
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即使極為復雜的加工過程都可以使用這種適合于五軸加工的控制器得到實現
圖1 當采用可變角銑削加工套筒或錐體時，刀具方向補償在側面加工中大有用處
圖2 工件位置補償可以把測量結果用于后面加工過程的修正因數
圖3 納米內插幫助制作極為精細的表面質量，圖中展示了利用X/Y軸為3：1的比例進行錐體加工(左：傳統結構法；右：納米內插法)
圖4 五軸加工十分理想地適合于自由模表面加工，比如在氣輪機加工或在刃具模具制造中經常使用

五軸銑和車加工可以在一次夾緊后做多側面加工，這樣可以節省輔助時間，并防止因多次夾緊造成的不精確。此外，刀具可以更好地到達難以進行操作的部位，而且加工迎角可以任意選擇。GE Fanuc公司的計算機數字控制裝置(CNC)為此提供了擴展的功能，利用這些功能，甚至極為復雜的加工過程也可以實現。
GE Fanuc公司的16i Model B 18i MB5系列CNC，為五軸銑和車加工等復雜加工進行了優化。對于更高的性能要求，可以采用30i 系列和31i A5系列CNC。所有這些控制裝置都可提供擴展的五軸功能，利用這些功能，甚至極為復雜的加工過程也是可以實現的。同時，這些功能支持各種機器配置，不管是安裝刀具回轉工作頭，還是采用圓形工作臺，或者兩者都用。作為特殊的五軸功能，可以做手動進給(Manual Feed)、刀具長度補償(TCP，Tool Center Point Control)、刀具方向補償(Tool Posture Control)和刀具半徑補償(TRC，Tool Radius Compensation)。

手動進給便于動作控制

手動進給是一項很重要功能，它可以在出現緊急情況下，如刀具斷裂時很好地用手工操作刀具和工件。三軸加工時，操作人員可以簡單地把Z軸上的主軸和刀具撤回。而在五軸加工時這一點就很難做得到。利用“手工進給”，機器操作員可以簡單地按一下按鈕，把刀具撤回、或者將其運行到與刀具方向正交的方向上。這樣可以把刀具可靠地撤回到初始位置或安全位置。
刀具長度補償主要用于在刀具頭做回轉運動時，使不同長度的刀具也能精確地沿希望的路線進行運動。為此，控制裝置考慮到了刀具沿刀具軸線的中心點。主軸頭在運行期間執行回轉運動，使刀具的中心點保持在希望的運動路線上，因而近似地體現旋轉運動的軸線。以這樣的方式可以遵守定義的刀具路徑。除了線性運動之外，這種功能還支持圓形內插。
刀具方向補償(圖1)是上面所提到的圍繞刀具中心點的刀具長度補償的擴展。這項功能大大有助于側面加工，比如當銑切加工時套筒或錐體的迎角處于不斷變化中。同時，允許的運動方向又取決于相應的平面。這可以防止由于在行走運動時側面切割而出現不希望出現的材料減少。
刀具半徑補償是五軸加工刀具補償的又一種形式。刀具的半徑補償可以將工件編程的幾何形狀按刀具的實際直徑進行平衡：刀具較小時，在進給比刀具較大時使進給稍小，由此得到的輪廓因而恰好是所希望的尺寸。另外還可以避免出現不希望出現的內角相切(Interference Check)。CNC控制裝置還可以發現刀具即將發生的方向變化，并可及時地減少進給，以便在曲線中不致銑削過度。
工件位置補償(圖2)(Workpiece Setting Error Compensation)、機器誤差補償(Machine Error Compensation)、傾斜工作面上加工(TWP,Tilted Working Plane)以及刀具交會點補償(Tool Cutting Point Compensation)等4種功能將有更多的改進。當工件在加工過程之后取下時，比如進行測量，然后還要繼續進行加工，就用上工件位置補償(圖2)了。同原先的夾緊相比，較小的尺寸誤差是不可避免的。這種功能可以把測量結果作為修正因數納入到后面的加工過程中。
CNC還可以對各種機器誤差進行補償。對五軸加工特別有利的功能是，對旋轉軸的線性錯位進行自動補償。迄今為止，這種軸距必須在NC編程時加以采集和考慮，現在，使用者可以把這些調整存儲在控制裝置中，而不必在每個程序中都加以考慮。此外，機床制造廠家還可以對機器的誤差沿刀具軸線進行額外的溫度補償。
對于簡單的加工形式如鉆或切螺紋，可以利用傾斜的工作面。旋轉的軸可以為此而調整并固定在所希望的角度。然后可用三條直線軸進行加工。而且也不必像簡單的三軸機床那樣采用特殊的夾緊裝置。 “Tilted Working Plane”這一特點可提供傾斜工作面上加工的功能。
減輕NC編程工作的一項有用的功能是刀具切點補償。這里涉及到刀具切入材料的切點計算。特殊的刀具如梯形銑刀或圓角銑刀需要有特殊的修正值，這些值通常是輸入到CAM軟件里的。GE Fanuc公司的新型CNC是在測量之后，把這些值永久保存在控制器里，按一下按鍵即可調用。這不僅簡化了NC編程，而且也可以不必改變NC程序而在短時間內更換刀具。

#p#分頁標題#e#納米內插實現精密的表面

由于性能優越，GE Fanuc公司的新型CNC控制器為五軸機床提供了許多優點。這樣復雜的機床當然也可以利用傳統三軸機床所使用的CNC控制器后來研制出的新產品。
比如納米內插法(圖3)就是GE Fanuc公司CNC控制器制造極精密表面質量的一大強項，這在刃具和模具制造方面很有市場。控制器利用這種功能生成以納米為單位的定位指令，因而也才使數字精密伺服系統應運而生。利用這種內插，不必對最小的指令增量做四舍五入，高級伺服系統即可對刀具的軌跡進行極為均勻的跟蹤，因而在進給快和轉數高的情況下可以達到最佳的表面。
一種被稱作納米精磨的功能可用于線性程序，現在許多機床制造廠家仍然在使用這種功能。這樣，這些線性程序被自動轉換為Nurbs曲線，這將大大有助于對表面進行更均勻的加工，并使工藝過程運動“更加流暢”。當然，Nurbs曲線和表面的最大意義在于對自由模表面的銑削加工（圖4）。上面介紹的控制器可以從CAD/CAM系統中引進Nurbs曲線，并可做極為精密的內插，使制成的工件與CAD的幾何尺寸完全一致。同時也充分利用了一些數學特征，如連續過渡。它們可以使工藝過程運動流暢自如，使表面均勻平滑。
提高生產率的一項有利功能是機床條件選擇功能(Machining-Condition-Selecting- Funktion)。根據對精度的要求，NC程序可以在控制器上分1～10個級別按最高精度或最大速度進行優化，而且可以對所有程序和加工過程分別進行優化處理。比如可以在粗加工時可以給速度以很高的優先性，而在精加工時則可調到很高的精度。

數據流的恒定

在對自由模面進行高速加工時，有許許多多的小塊需要以快速順序進行加工。這時，預測功能就發揮重要的作用：它負責使控制器隨時擁有穩定的數據流，使加工過程能夠不間斷地進行。前面介紹的這種控制器可以中間存儲1000個小塊，隨時準備被調用。