加工中心CNC控制下的運(yùn)動(dòng)

五軸銑和車加工可以在一次夾緊后做多側(cè)面加工，這樣可以節(jié)省輔助時(shí)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(dá)難以進(jìn)行操作的部位，而且加工迎角可以任意選擇。GE Fanuc公司的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置(CNC)為此提供了擴(kuò)展的功能，利用這些功能，甚至極為復(fù)雜的加工過程也可以實(shí)現(xiàn)。 GE Fanuc公司的16i Model B 18i MB5系列CNC，為五軸銑和車加工等復(fù)雜加工進(jìn)行了優(yōu)化。對(duì)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(kuò)展的五軸功能，利用這些功能，甚至極為復(fù)雜的加工過程也是可以實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，這些功能支持各種機(jī)器配置，不管是安裝刀具回轉(zhuǎn)工作頭，還是采用圓形工作臺(tái)，或者兩者都用。作為特殊的五軸功能，可以做手動(dòng)進(jìn)給(Manual Feed)、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償(TCP，Tool Center Point Control)、刀具方向補(bǔ)償(Tool Posture Control)和刀具半徑補(bǔ)償(TRC，Tool Radius Compensation)。手動(dòng)進(jìn)給便于動(dòng)作控制手動(dòng)進(jìn)給是一項(xiàng)很重要功能，它可以在出現(xiàn)緊急情況下，如刀具斷裂時(shí)很好地用手工操作刀具和工件。

    三軸加工時(shí)，操作人員可以簡(jiǎn)單地把Z軸上的主軸和刀具撤回。而在五軸加工時(shí)這一點(diǎn)就很難做得到。利用“手工進(jìn)給”，機(jī)器操作員可以簡(jiǎn)單地按一下按鈕，把刀具撤回、或者將其運(yùn)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(zhǎng)度補(bǔ)償主要用于在刀具頭做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使不同長(zhǎng)度的刀具也能精確地沿希望的路線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。為此，控制裝置考慮到了刀具沿刀具軸線的中心點(diǎn)。主軸頭在運(yùn)行期間執(zhí)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使刀具的中心點(diǎn)保持在希望的運(yùn)動(dòng)路線上，因而近似地體現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)之外，這種功能還支持圓形內(nèi)插。 刀具方向補(bǔ)償(圖1)是上面所提到的圍繞刀具中心點(diǎn)的刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)臄U(kuò)展。這項(xiàng)功能大大有助于側(cè)面加工，比如當(dāng)銑切加工時(shí)套筒或錐體的迎角處于不斷變化中。同時(shí)，允許的運(yùn)動(dòng)方向又取決于相應(yīng)的平面。這可以防止由于在行走運(yùn)動(dòng)時(shí)側(cè)面切割而出現(xiàn)不希望出現(xiàn)的材料減少。

    刀具半徑補(bǔ)償是五軸加工刀具補(bǔ)償?shù)挠忠环N形式。刀具的半徑補(bǔ)償可以將工件編程的幾何形狀按刀具的實(shí)際直徑進(jìn)行平衡：刀具較小時(shí)，在進(jìn)給比刀具較大時(shí)使進(jìn)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(xiàn)不希望出現(xiàn)的內(nèi)角相切(Interference Check)。CNC控制裝置還可以發(fā)現(xiàn)刀具即將發(fā)生的方向變化，并可及時(shí)地減少進(jìn)給，以便在曲線中不致銑削過度。 工件位置補(bǔ)償(圖2)(Workpiece Setting Error Compensation)、機(jī)器誤差補(bǔ)償(Machine Error Compensation)、傾斜工作面上加工(TWP,Tilted Working Plane)以及刀具交會(huì)點(diǎn)補(bǔ)償(Tool Cutting Point Compensation)等4種功能將有更多的改進(jìn)。當(dāng)工件在加工過程之后取下時(shí)，比如進(jìn)行測(cè)量，然后還要繼續(xù)進(jìn)行加工，就用上工件位置補(bǔ)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(cè)量結(jié)果作為修正因數(shù)納入到后面的加工過程中。 CNC還可以對(duì)各種機(jī)器誤差進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)五軸加工特別有利的功能是，對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的線性錯(cuò)位進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。迄今為止，這種軸距必須在NC編程時(shí)加以采集和考慮，現(xiàn)在，使用者可以把這些調(diào)整存儲(chǔ)在控制裝置中，而不必在每個(gè)程序中都加以考慮。此外，機(jī)床制造廠家還可以對(duì)機(jī)器的誤差沿刀具軸線進(jìn)行額外的溫度補(bǔ)償。 對(duì)于簡(jiǎn)單的加工形式如鉆或切螺紋，可以利用傾斜的工作面。旋轉(zhuǎn)的軸可以為此而調(diào)整并固定在所希望的角度。然后可用三條直線軸進(jìn)行加工。而且也不必像簡(jiǎn)單的三軸機(jī)床那樣采用特殊的夾緊裝置。 “Tilted Working Plane”這一特點(diǎn)可提供傾斜工作面上加工的功能。

    減輕NC編程工作的一項(xiàng)有用的功能是刀具切點(diǎn)補(bǔ)償。這里涉及到刀具切入材料的切點(diǎn)計(jì)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(cè)量之后，把這些值永久保存在控制器里，按一下按鍵即可調(diào)用。這不僅簡(jiǎn)化了NC編程，而且也可以不必改變NC程序而在短時(shí)間內(nèi)更換刀具。納米內(nèi)插實(shí)現(xiàn)精密的表面由于性能優(yōu)越，GE Fanuc公司的新型CNC控制器為五軸機(jī)床提供了許多優(yōu)點(diǎn)。這樣復(fù)雜的機(jī)床當(dāng)然也可以利用傳統(tǒng)三軸機(jī)床所使用的CNC控制器后來研制出的新產(chǎn)品。 比如納米內(nèi)插法(圖3)就是GE Fanuc公司CNC控制器制造極精密表面質(zhì)量的一大強(qiáng)項(xiàng)，這在刃具和模具制造方面很有市場(chǎng)。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(shù)字精密伺服系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。利用這種內(nèi)插，不必對(duì)最小的指令增量做四舍五入，高級(jí)伺服系統(tǒng)即可對(duì)刀具的軌跡進(jìn)行極為均勻的跟蹤，因而在進(jìn)給快和轉(zhuǎn)數(shù)高的情況下可以達(dá)到******的表面。 一種被稱作納米精磨的功能可用于線性程序，現(xiàn)在許多機(jī)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(dòng)轉(zhuǎn)換為Nurbs曲線，這將大大有助于對(duì)表面進(jìn)行更均勻的加工，并使工藝過程運(yùn)動(dòng)“更加流暢”。當(dāng)然，Nurbs曲線和表面的******意義在于對(duì)自由模表面的銑削加工。

    上面介紹的控制器可以從CAD/CAM系統(tǒng)中引進(jìn)Nurbs曲線，并可做極為精密的內(nèi)插，使制成的工件與CAD的幾何尺寸完全一致。同時(shí)也充分利用了一些數(shù)學(xué)特征，如連續(xù)過渡。它們可以使工藝過程運(yùn)動(dòng)流暢自如，使表面均勻平滑。 提高生產(chǎn)率的一項(xiàng)有利功能是機(jī)床條件選擇功能(Machining-Condition-Selecting- Funktion)。根據(jù)對(duì)精度的要求，NC程序可以在控制器上分1～10個(gè)級(jí)別按最高精度或******速度進(jìn)行優(yōu)化，而且可以對(duì)所有程序和加工過程分別進(jìn)行優(yōu)化處理。比如可以在粗加工時(shí)可以給速度以很高的優(yōu)先性，而在精加工時(shí)則可調(diào)到很高的精度。數(shù)據(jù)流的恒定在對(duì)自由模面進(jìn)行高速加工時(shí)，有許許多多的小塊需要以快速順序進(jìn)行加工。這時(shí)，預(yù)測(cè)功能就發(fā)揮重要的作用：它負(fù)責(zé)使控制器隨時(shí)擁有穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流，使加工過程能夠不間斷地進(jìn)行。前面介紹的這種控制器可以中間存儲(chǔ)1000個(gè)小塊，隨時(shí)準(zhǔn)備被調(diào)用 。