高速加工需要高品質的數(shù)控系統(tǒng)

    對于高速加工機床所設定的目標而言，必須在生產(chǎn)效率、精度和質量之間達到一種均可接受的妥協(xié)。在這方面，CNC就起到重要的作用（圖1）。NUM 數(shù)控系統(tǒng)不僅具有平滑而緊湊的CNC程序，同時還擁有很多其他功能，可對設備實現(xiàn)最優(yōu)化調節(jié)：如為加工段做準備的Look ahead功能；自動識別待加工工件外形功能；限制振動的速度控制（累進加速坡度）功能；無拖動間距條件下進行輪廓跟蹤的功能。
    如果已經(jīng)具備了一臺驅動系統(tǒng)與電機匹配得很好，軸的運行強勁而穩(wěn)定，同時其他所有部件也都設計優(yōu)良的機床，那還有必要應用CNC的這些參數(shù)嗎？
   一臺機床就如同一輛汽車。人們可以購買世界上最好的汽車，但是，車輛的行駛速度和乘坐舒適度首先要取決于司機的素質、道路的狀況和交通的情況。在CNC與汽車控制系統(tǒng)之間當然還有其他一些可類比的東西，接下來就通過對NUM數(shù)控系統(tǒng)的各種HSC功能的描述來加以闡明。
為加工做準備
   如果一輛跑車或一臺機床只是在直行的時候需要快的速度，那么事情就會變得簡單多了。速度方面的問題往往在于需要在道路上或在待加工輪廓上保持速度。賽車手需要事先對道路中的彎道有所了解，他要知道何時需要換檔和何時存在彎道而需要減速。如果他到達了彎道時才開始減速的話，那就已經(jīng)太遲而會被甩出跑道了。描述待加工工件的ISO程序可為CNC提供道路曲線的情況說明，以實現(xiàn)加工前所需的模擬。在開始加工工件之前，CNC必須能夠重新識別和記憶工件，比如它究竟是一種外形柔和的直線型長件，還是一種帶有銳角的短件。與賽車手所不同的是，CNC無法在好幾天之前就記住道路曲線的程序。它必須隨著加工進展的同時，執(zhí)行準備工作步驟。因此，它把一部分計算工作消耗在了對加工段的分析上，并確定出在何種動態(tài)條件下來執(zhí)行程序段。
    CNC可自動對編好的進給量所需的加工段數(shù)量做出分析，沒有調節(jié)參數(shù)可用。當然，如果CNC操作者能夠了解這種計算背后的物理關系就更好了。動能轉換等于力所作的功。若起始速度為零，在恒加速推移下，則跑完的路程（L）、達到的速度（V）和加速度（γ）之間的關系為：
L=V2/2γ
    這個公式適用于所有的機床。汽車司機往往會熟悉這樣一種關系：為了能夠加速，人們需要一條空暢的跑道，同時也務必知道，制動行程長短與速度的平方成正比。對于CNC來說，這意味著它必須計算出足夠的加工長度，以便達到和保持所編定的進給速度。
    設定在加速度為5m/s2時，為了達到60m/min的進給量，需要的長度為100mm。對于形狀復雜的工件，經(jīng)常需要以3D的方式和依據(jù)小的線性加工段的先后順序進行編程。精度要求越高，則接受編程的加工段就越小。例如，要對半徑為10mm、精度為1μm的圓進行描述，那么就需要用到200多個均小于0.3mm的片段。針對快速加工的場合，CNC就必須具備在每一秒鐘里準備出大量加工段的能力。從這個意義上說，NUM數(shù)控系統(tǒng)具有很強的能力。它能自動與計算需求相匹配，并在每一個掃描周期內準備并執(zhí)行多個加工段。
對輪廓面難點的自動識別
    如同賽車手一樣，CNC也知道如何處理各種不同的輪廓面。它識別角和彎道，在出現(xiàn)連續(xù)性的彎道時，也知道曲率變化。如果是一件多形式組合或是非均勻曲線曲面的加工段，CNC即會在待加工件的整個長度上對輪廓面作出分析。
    CNC在整個加工行程中依據(jù)所設定的精度目標，調整其進給速度。根據(jù)預加工和精加工階段的實際需要，人們還可以任意更改目標精度值。也就是說，在生產(chǎn)效率和精度之間的配合，完全可由操作者自己掌握。
   在加速或更改方向時，設備總存在著一個從零加速到某個速度的點。當達到目標速度后，設備則由加速狀態(tài)轉換到恒速狀態(tài)。這種加速變更會造成一種振動并減弱設備的生產(chǎn)能力。為了盡可能把振動減小，就必須應用CNC振動限定功能。NUM數(shù)控系統(tǒng)可以以拋物線的方式調節(jié)加速度的梯度，即通過加速的方式實現(xiàn)對沖擊的限定（可控的抑制）。如果與汽車作比較的話，這就好像是通過緩慢操控油門和腳剎的辦法來控制參數(shù)，使乘車人不會感到瞬間變速而不舒適一樣。為了能夠更方便地調節(jié)步階式加速，NUM公司決定采用臨時性參數(shù)：加速時間和沖擊控制時間。研究結果表明，當加速時間等同于設備主導柔性模式周期時，振動就得到極大衰減。
輪廓跟蹤實現(xiàn)高輪廓精度
   在工作準備階段，可以確保按照Look-ahead所確定的速度對工件進行加工。由于CNC事先都已經(jīng)顧及到了各種物理限定因素，因此沒有必要再另外使用過濾器。通過“高輪廓精度”功能，可以彌補由驅動引起的動態(tài)誤差，從而達到極微小的輪廓瑕疵。
針對較高表面質量的ISO程序平整
   NUM-Coss是一種平整和壓縮的軟件，它可以改進ISO程序，提高加工工件的質量。CNC結果程序便是CAD/CAM工藝的成果：通過CAD的3D模型設計，通過CAM系統(tǒng)的刀具行程計算，通過后處理程序生成ISO功能塊并與設備相匹配。遺憾的是，在每一個步驟中與原始模型產(chǎn)生的幾何偏差都很小。特別是在制定加工策略時，輪廓的質量會受到CAM程序的影響，例如涉及CAD模型表面變動的點云斑。這是設備遇到問題或需要二次加工的最常見原因。
   CAM程序確定的刀具行程要受到離散參數(shù)的制約。若選擇的離散參數(shù)較差，則CNC就會出現(xiàn)問題并影響到加工狀態(tài)。通過采用NUM-Coss來制定ISO程序，則不僅可獲得較短和較平滑的程序，同時也可實現(xiàn)較快的加工速度和較好的表面質量
   如果操作者沒有任何技能和訣竅，就算使用再好的數(shù)控系統(tǒng)也無濟于事。因此在加工時，需要在速度和精度之間找到一個好的平衡點。NUM數(shù)控系統(tǒng)的HSC功能可以同時改善這兩種參數(shù)。但是，在眾多的因素中，只能針對某一個方面對HSC進行優(yōu)化，這時操作者就需要發(fā)揮主要的作用。操作者應該把握好CNC中的HSC 參數(shù)，以便他在各個不同的加工階段，能夠把參數(shù)相應地調整到最好。在對各工件加工質量的評判和使設備及控制系統(tǒng)達到最佳運行狀態(tài)上，操作者的工作經(jīng)驗是無可替代的。