精密高质量铣削模具现代CNC控制系统提高生产效率掺铒光纤

精密高质量铣削模具--现代CNC控制系统提高生产效率

精密高质量铣削模具--现代CNC控制系统提高生产效率 2011年12月03日 来源： CNC控制系统能起到加速生产的作用，这对于工具和模具制造来说是有益的。由于来自低劳动力成本的国家激烈的竞争，模具制造厂家需要大大提高其生产效率。为了实现这个目标，工具和模具生产厂家可以进一步使其生产实现自动化，而通过CNC控制系统就能加快切削过程。因此，西门子公司的工业自动化和驱动技术部门为模具制造开发了新的加工循环和新的功能，并将其集成到Sinumerik 840D的CNC控制系统中。这些新的加工循环和新的功能有高速设置循环（HSC）Cycle 832和预先位置控制（APC）。特别是Cycle 832用来在三轴和五轴高速加工领域里辅助加工自由曲面。这种循环结合了重要的、实施高速加工所需的程序指令和机床数据，以及辅助生成简单的和结构性的程序。 目前，循环没有增添新的功能，更多的是最佳综合了一些控制功能。这些功能，通过实际的CNC控制系统，减轻了机床操作者和CAD/CAM制造厂家的工作。 在高速加工的范围内，在执行很短程序段的CAM程序时，控制系统必须要达到超过10m/min的较高的进给速度。此外，用户还期待着较好的表面质量和在微米范围内的较高精度。鉴于有各种不同的加工战略，Cycle 832可以准确地调整必要的程序。 该循环的特点是可以实现粗加工工序和精加工工序的不同战略。对于粗加工过程，循环通过轮廓的连续路径加工方式以侧重于提高加工速度；在精加工时则相反，把重点放在加工的精度和加工的表面质量上。在这两种情况中，通过公差数据来维持加工轮廓，以便获得所要求的加工质量。Cycle 832支持具有最多三个直线轴和两个回转轴同时加工工件的机床。 Cycle 832包含有精加工、半精加工、粗加工和取消（此处原文是Abwahl，意思是“取消”，被看作为一种加工类型，是因为通过调用“Abwahl取消”能使已改变的机床数据和设定的值回到由机床厂家预先调好的数值上进行加工——译注）四种加工方式，在CAM程序里，这四种加工循环，直接涉及到轮廓的加工精度和可以达到的加工速度。 在模具制造中，除了诸如一些样条（自由曲线）的几何功能外，对可以产生工件轮廓的点云首先要实现控制。为了产生这些点云，CAM系统采用了在X、Y和Z方向上可能产生偏差的公差值。在这个公差范围内，计算出最终确定的点，并将其储存到新的NC程序中。这时，凭借着控制系统，高速设置循环可以执行不同的公差值，并以其对四种加工方式中某一种加工的侧重来进行调整。机床操作人员可以把来自CAM系统的公差储存在Sinumerik（这里是指西门子的Sinumerik 840D数控系统——译注）的高速设置循环里。

图1 铣削自由曲面：专门的高速设置循环“cycle 832”在三轴和五轴高速加工领域用来支持加工自由曲面轮廓。

较高的机床刚性，改善工件的加工表面质量 一方面Sinumerik压缩器把这种公差用作为计算样条的公差带，另一方面，在轨迹控制运行中，这种公差用作减速控制，这样，在公差带内由G1程序段规定的轮廓直线段可整合到控制系统内部的样条中，该样条使CNC控制系统直接用来进行轨迹控制。 在一个确定的加工中，人们要调用哪个功能和哪些针对机床的性能，各机床制造厂家可以针对它的机床和待加工的产品自己来确定。以后，用户只需要拥有它的NC程序的知识和它的加工类型。 对于粗加工，用户只是对公差值进行编程，接着得到作为G1程序段的工件几何数据。在进行数控编程时，坚持使用这些内容丰富的功能，能够显著的提高生产效率。 现应重视两种挑战： ◆ 首先，提高加工速度，不能由于产生振动而损害加工表面质量。 ◆ 其次，机床的固有频率不能限制机床轴的最高速度。 一个新开发的Sinumerik数控系统的新功能经受住了上述两种要求的考验。这种新功能显著提高了机床的增益系数，而没有改变机床的传动机构。增益系数（每个机床制造厂家都知道）是描述了机床的“硬” 特性，这种增益系数规定了一个轴可以采用每分钟多少米的速度来移动，直到一毫米的位置滞后距离。（滞后距离S是表示给定位置和实际位置之间的偏差，该滞后位置误差是取决于增益系数Kv和机床轴的行程速度V，即轴的行程速度除以增益系数，S=V/Kv——译注）

图2 表面质量：利用CNC功能APC（预先位置控制），可以显著地提高增益系数（Kv_-Faktor），正如生产实践所表明的，在相同的表面质量情况下，可以采用较高的加工速度，缩短加工时间。

图3 提高了生产效率：在加工工件时，现在新的控制循环能提高生产效率。这在执行精加工程序时效率可以提高25%，并能改善所铣削模具的表面质量。

Sinumerik数控系统的新的功能预先位置控制（APC）能够对这产生非常良好的影响。实际生产业已表明：人们采用APC已在很多机床上成功地验证了其有效的抑制振动。 取得的成果是，大多数情况使增益系数Kv提高了一倍，有些甚至达到了三倍。这就能在机床上可以显著地来提高所谓的加加速度。表示路程对时间的三次方的加加速度来限制最大的加速度（加加速度的单位是m/s3——译注）。也就是说，一个较高的加加速度有利于提高加速度，这就能导致非常短的加工时间。毫无疑问，一个有效防止机床轴的振动，有利于获得一个高质量的工件表面。

图4 Sinumerik 840D ：如图所示为系统变型Sinumerik 840D Solution line和Sinumics驱动标准件，以及高性能伺服电机1FT7。

图5 现代加工循环：在加工模具时，这种现代加工循环有助于把表面质量、精度和速度三种主要要求最佳地组合起来。

抑制振动，在技术上可以通过反馈和接入轴（按给定转速值工作的）的直接测量系统的合适信号来实现。 应用APC必须要满足下列条件： ◆ 必需有两个测量系统，一个是电机测量系统，另一个是在同一个（坐标）轴上的直接测量系统。 ◆ APC只能同西门子的高效通用组件和高水平的通用组件相结合，才能运行。 ◆ 待抑制振动的驱动装置必须是合适的。因为，多次测试表明，APC并不能满足所有的机床。 但是，对于高速铣削来说，APC功能是最为合适的。该功能的应用，能显著地提高生产效率，因为，能使精加工程序的运行速度提高了25%，并提高了加工的表面质量。通过APC可以将增益系数调高达60%，并相应地降低机床的固有频率。 这些由西门子公司为它的NC控制系统所开发的新的循环和功能，显著改善了机床的性能。为模具和工具制造业的用户提供了较多的可能性，帮助用户以较快的速度和较低的费用来完成他们的生产任务。 (end)

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