数控加工工艺在模具中的作用

 　　一直以来，FANUC数控系统在中国中高档数控系统市场占据着地位，这种地位的确立离不开FANUC先进的技术和产品，通过对一系列FANUC数控系统特点的了解，或许也能给国产数控系统的研发带来一些启示。

　　模具工业是衡量一个国家制造业科技水平的重要标志之一。数控加工技术由于它的高精度、高速度和柔性，因此在模具制造技术中发辉越来越大的作用。

　　模具加工的特点为：单件或小批量，要求数控机床方便、快速传送加工程序；长寿命，要求数控机床功能好；冲击小、轨迹复杂，要求采用CAD／CAM，5坐标加工；材料硬、程序长、程序段短，加工采用高精、高速等功能。

　　飞速发展的CNC技术极大地推动了模具技术的进步。以前，仅仅是高档CNC在高速时可以保持高精度。而现在，中档和低档CNC具有如此大的功能，以至也可能被用户接受用来加工模具。通常认为在模具加工中，CNC是决定模具加工大进给率的限制因数，但现在，往往限制因数是机床的结构本身。如果机械本身已经运行在它的性能极限，更好的CNC也不会传送更多的功能。

　　FANUC的数控系统非常方便地适应于模具加工的要求。它可以实现进给速度的高速化，主轴速度的高速化，程序段处理时间的高速化，加工路径误差的减小，对机床无冲击的平滑的移动指令，大容量加工程序的高速运行。

　　FANUC的NGC（NEXTGENERATIONCONTROLLERS）数控系统（以下简称为NGC系列）包括3个系列：0i系列、16i系列和30i系列。涵盖了低端到高端。

　　这些系列的数控系统主要特点为：一、采用新的硬件技术。

　　NGC的30i系列采用了新的超高速微处理器，缩短了程序段的处理时间BPT.另外，CNC内部的总线也实现了高速化的处理，因而大幅度提高了构成系统的CNC处理器、PMC处理器、数字伺服处理器之间的数据传输速度。这对模具加工是非常有利的。

　　NGC系列采用高速光缆FSSB将CNC与多个伺服放大器串行联接，由于采用光缆传送信号的速度高，同时大大减少了连接的电缆，因此也大大提高了模具加工的速度和可靠性。

　　二、可以满足从低端到高端模具加工的需要，可以适应从金切机床到冲压成形机床的不同品种的需要。

　　三、具有5轴加工功能。

　　NGC系列具有丰富的5轴加工功能，这些功能主要为：①用于5轴加工的刀具中心点位置控制：5轴加工机床的模具加工程序在大多数情况下以小程序块指定，许多用户希望以简便而较少的程序段来编制复杂的加工轮廓。根据这个需求，可采用5轴加工的刀具中心位置控制功能，不管刀具的方向怎么变换，刀尖的路径以及速度都按照程序指定的路径及速度进行自动控制。

　　②倾斜面加工命令：在对工件上的某个倾斜面进行钻孔或铣槽等形状加工时，通过指定加工面为XY平面，编程工作就会变得很简单。倾斜面加工命令可以实现这种指定方式，同时，不需要指定刀具的方向，就可以使刀具以垂直于倾斜的加工面的方式自动地定位刀具。

　　③用于5轴加工的手动进刀：通过手轮、JOG和增量进给，可以轻而易举地使刀具沿着斜面移动，或使刀具沿数控系统与模具加工着斜面的刀具方向移动，或者在保持刀尖位置的情况下改变刀具的移动方向。这样，也就减轻了操作人员准备作业的负担。

　　④5轴加工用的刀具半径补偿，可以在垂直于刀具方向的补偿平面上针对指令路径在右／左侧进行刀具半径补偿。

　　由专用的处理器和新的专用LSI组成的PMC，对大量的顺序控制进行高速处理。可以在1台PMC上执行多3个路径各自独立的梯形程序。每个梯形程序具有其自身独立的数据区，因而可以进行具有较高独立性的模块化程序的开发。可以分别创建用于装载轴控制和外围设备控制的梯形程序，并对其自由地进行添加和修改。可以根据每个用户的机床配置，简单地进行梯形程序的开发，实现机床的系统化。此外，由于不需要用于外围设备控制的外部PLC，因而可以减低系统成本。

　　四、具有丰富的高精、高速功能。

　　①纳米插补：纳米插补产生以纳米为单位的指令给数字伺服控制器，使数字伺服控制器的位置指令平滑，因而也就提高了加工表面的平滑性。

　　②AI纳米轮廓控制功能：该功能不需要选择专用的硬件，就可以在直线插补和圆弧插补时进行纳米插补。

　　③加速度控制：防止由于加工形状的突然变化而产生的加速度的急剧变化，从而引起的冲击和振动，这个功能可以提高加工表面的质量，减少加工时间。

　　④NURBS插补：NURBS（NonUniformRationalB－Spline）是一种自由曲线。当采用CAD设计模具时，NURBS被广泛地用来表示自由曲线。对于模具所需要复杂曲线的加工，可行的是将定义CAD设计的自由曲线的函数指令给CNC控制系统。于是开发出NURBS插补的方法，允许用较少的程序段定义出由大量短直线段组成的程序，减轻了数据流的瓶颈。

　　⑤纳米平滑：以NURBS曲线从CAD／CAM系统的创建的微小线段程序中推测原来的自由曲面，以纳米为单位对业已创建的NURBS曲线进行插补的技术。因此，可以得到接近所设计的形状光洁的加工表面，减小手工研磨的工序。

　　⑥前瞻控制：为了使机床连续运行，在执行某个程序段时，读取另一个程序段并进行运算，把运算的结果存到缓冲器中。这样，运行的程序完成以后，下个程序段可以立刻进行。当数控系统应用在高速加工时，进给率大大提高，因此由于加速度、减速度产生的延迟和伺服产生的延迟引起的误差也就大大减少。

　　五、伺服HRV（HighResponseVector）控制。

　　FANUC的伺服HRV控制是实现纳米CNC系统的高速、高精度的伺服控制。目前已发展和实现了HRV4控制，这种控制具有以下的特点：①作为伺服的位置指令，总是使用以纳米为单位的命令；②标准安装具有1600万／rev分辨率的脉冲编码器作为检测器；③采用超高速的伺服控制处理器，可以在高速下实现周期时间为31.25μs的电流控制和周期时间为250μs的速度控制；④利用共振跟踪型HRV过滤器来避免机械共振，同时通过畸变预测控制来降低机床的振动。通过以上功能的组合，进行纳米级别的控制，实现高质量的机械加工。

　　六、丰富的网络功能。

　　利用丰富的网络功能和软件，通过网络传递和共享信息管理系统和使用系统。利用以太网与工厂的网络相互连接构成FA（工厂自动化）系统、也可以从工厂外部进行远程监控；将CNC与PC机连接起来，既可观察NC程序的传输和机床的运转状态，又可以实时集中监控加工现场的作业。另外，通过将CNC连接到工厂的网络，既可将管理部门和加工工厂连接起来。这样，就可以通过生产指令和实际加工数据对整个工厂进行管理，从而提高生产效率。此外，也从工厂外的管理部门和家庭连接因特网，远程监控机床的运转状态。

　　七、方便操作的“MANUALGUIDE”。

　　这是在一个画面上支持从加工程序的编制、程序的检查、准备到实际加工等所有操作的操作指南功能；免掉了操作人员来回切换屏幕的麻烦；可以在程序屏幕和偏置屏幕上一次显示出大量数据，提高输入和确认的效率操作性；在多轴系统中可以一次显示出多个位置信息，使得操作性有了改善；在多路径的系统中，多可以将4个路径显示在一个屏幕上。在构建复杂的多路径系统中，实现优良的可视性和操作性。

　　八、方便调试的“SERVOGUIDE”：它通过CNC的以太网，把CNC和PC连在一起，利用FANUC的“SERVO GUIDE”软件作为伺服和主轴的调整工具；很容易检测出机床的误差和伺服调整的状态；它具有参数窗口（通过PC设定伺服参数，输出到CNC）、程序窗口（从PC机端编制测试程序，输出给CNC执行）和图形窗口（电机反馈脉冲经过CNC的缓冲器后显示在图形窗口，以便观测）。

来源：中国模具网

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