GE Fanuc五軸車銑CNC系統(tǒng)16i Model B 18i MB5系列

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現(xiàn)的。同時，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，或者兩者都用。作為特殊的五軸功能，可以做手動進(jìn)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）。

即使極為復(fù)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(xiàn)

手動進(jìn)給便于動作控制



手動進(jìn)給是一項很重要功能，它可以在出現(xiàn)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(jìn)給”，機(jī)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(zhuǎn)運動時，使不同長度的刀具也能精確地沿希望的路線進(jìn)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(zhí)行回轉(zhuǎn)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(xiàn)旋轉(zhuǎn)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(nèi)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?shù)臄U(kuò)展。這項功能大大有助于側(cè)面加工，比如當(dāng)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(yīng)的平面。這可以防止由于在行走運動時側(cè)面切割而出現(xiàn)不希望出現(xiàn)的材料減少。

圖1 當(dāng)采用可變角銑削加工套筒或錐體時，刀具方向補償在側(cè)面加工中大有用處

刀具半徑補償是五軸加工刀具補償?shù)挠忠环N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(jìn)行平衡：刀具較小時，在進(jìn)給比刀具較大時使進(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，并可及時地減少進(jìn)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(jī)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(jìn)。當(dāng)工件在加工過程之后取下時，比如進(jìn)行測量，然后還要繼續(xù)進(jìn)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(jié)果作為修正因數(shù)納入到后面的加工過程中。

圖2 工件位置補償可以把測量結(jié)果用于后面加工過程的修正因數(shù)

CNC還可以對各種機(jī)器誤差進(jìn)行補償。對五軸加工特別有利的功能是，對旋轉(zhuǎn)軸的線性錯位進(jìn)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(xiàn)在，使用者可以把這些調(diào)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(jī)床制造廠家還可以對機(jī)器的誤差沿刀具軸線進(jìn)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(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(diào)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(nèi)更換刀具。



納米內(nèi)插實現(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。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)量的一大強項，這在刃具和模具制造方面很有市場�？刂破骼�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)運而生。利用這種內(nèi)插，不必對最小的指令增量做四舍五入，高級伺服系統(tǒng)即可對刀具的軌跡進(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)到最佳的表面。

圖3 納米內(nèi)插幫助制作極為精細(xì)的表面質(zhì)量，圖中展示了利用X/Y軸為3：1的比例進(jìn)行錐體加工

（左：傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)法；右：納米內(nèi)插法）

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轉(zhuǎn)換為Nurbs曲線，這將大大有助于對表面進(jìn)行更均勻的加工，并使工藝過程運動“更加流暢”。



當(dāng)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(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動流暢自如，使表面均勻平滑。

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(jī)加工或在刃具模具制造中經(jīng)常使用

提高生產(chǎn)率的一項有利功能是機(jī)床條件選擇功能（Machining-Condition-Selecting- Funktion）。根據(jù)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(jìn)行優(yōu)化，而且可以對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可以給速度以很高的優(yōu)先性，而在精加工時則可調(diào)到很高的精度。



數(shù)據(jù)流的恒定



在對自由模面進(jìn)行高速加工時，有許許多多的小塊需要以快速順序進(jìn)行加工。這時，預(yù)測功能就發(fā)揮重要的作用：它負(fù)責(zé)使控制器隨時擁有穩(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1000個小塊，隨時準(zhǔn)備被調(diào)用。