CNC技術(shù)的發(fā)展相當(dāng)迅速臊骂，這大大提高了模具加工的生產(chǎn)率狈茉，其中運(yùn)算速度更快捷的CPU是CNC技術(shù)發(fā)展的核心蔑匣。CPU的改進(jìn)不僅僅是運(yùn)算速度的提高蒿往，而且速度本身也涉及到了其它方面CNC技術(shù)的改進(jìn)盛垦。正因?yàn)榻鼛啄闏NC技術(shù)發(fā)生了如此大的變化，才值得我們對(duì)當(dāng)前CNC技術(shù)在模具制造業(yè)的應(yīng)用情況作一個(gè)綜述瓤漏。

　　程序塊處理時(shí)間及其它由于CPU處理速度的提高腾夯，以及CNC制造商將高速度CPU應(yīng)用到高度集成化的CNC系統(tǒng)中， CNC的性能有了顯著的改善蔬充。反應(yīng)更快蝶俱、更靈敏的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的不僅僅是更高的程序處理速度。事實(shí)上娃惯，一個(gè)能夠以相當(dāng)高的速度處理零件加工程序的系統(tǒng)在運(yùn)行過程中也有可能象一個(gè)低速處理系統(tǒng)跷乐，因?yàn)榧词故枪δ芡陚涞腃NC系統(tǒng)也存在著一些潛在的問題，這些問題有可能成為限制加工速度的瓶頸罗迎。

　　目前大多數(shù)模具廠都意識(shí)到高速加工需要的不僅僅是較短的加工程序處理時(shí)間泊宴。在很多方面，這種情況和賽車的駕駛很相似秒足。速度最快的賽車就一定能贏得比賽嗎钱图？即使是一個(gè)偶爾才觀看車賽的觀眾都知道除速度以外，還有許多因素影響著比賽的結(jié)果寿伊。

　　首先撩怀，車手對(duì)于賽道的了解程度很重要：他必須知道何處有急轉(zhuǎn)彎，以便能恰如其分地減速揽此，從而安全高效地通過彎道双竣。在采用高進(jìn)給速度加工模具的過程中，CNC中的待加工軌跡監(jiān)控技術(shù)可預(yù)先獲取銳曲線出現(xiàn)的信息艘赂，這一功能起著同樣的作用渤尚。

　　同樣的，車手對(duì)其他車手動(dòng)作以及不可確定因素的反應(yīng)靈敏程度與CNC中的伺服反饋的次數(shù)類似听誓。CNC中伺服反饋主要包括位置反饋催杆、速度反饋和電流反饋。

　　當(dāng)車手駕車?yán)@賽道行駛時(shí)瑞你，動(dòng)作的連貫性酪惭，能否熟練地剎車希痴、加速等對(duì)車手的臨場(chǎng)表現(xiàn)有著非常重要的影響。同樣地春感，CNC系統(tǒng)的鐘形加速/減速和待加工軌跡監(jiān)控功能利用緩慢加速/減速來代替突然變速砌创，以保證機(jī)床的平穩(wěn)加速。

　　除此以外鲫懒，賽車和CNC系統(tǒng)還有其它相似的地方纺铭。賽車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率類似于CNC的驅(qū)動(dòng)裝置和電機(jī)，賽車的重量可以和機(jī)床中運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的重量相提并論刀疙，賽車的剛度和強(qiáng)度則類似于機(jī)床的強(qiáng)度和剛度。CNC修正特定路徑誤差的能力與車手具備的將賽車控制在車道內(nèi)的能力極其相似扫倡。

　　另一個(gè)與目前CNC相似的情況是谦秧，那些速度不是最快的賽車往往需要技術(shù)全面的車手。過去只有高檔的CNC才能在高速切削的同時(shí)保證較高的加工精度撵溃。如今疚鲤，中、低檔的CNC所具備的功能也有可能令人滿意地完成工作挡医。雖然高檔CNC具備目前所能獲得的最佳性能溢扳，但也存在著這種可能，即你所使用的低檔CNC具有與同類產(chǎn)品中高檔CNC一樣的加工特性训癌。過去祠乔，限制模具加工最高進(jìn)給速度的因素是CNC，今天則是機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)娶匠。在機(jī)床已處于性能極限的情況下橱序，更好的CNC也不會(huì)使性能再提高。

　　CNC系統(tǒng)的內(nèi)在特性

　　以下是目前模具加工過程中的一些基本的CNC特性：

　　1. 曲線曲面的非均勻有理B樣條(NURBS)插補(bǔ)

　　該項(xiàng)技術(shù)采用沿曲線插補(bǔ)的方式炭答，而不是采用一系列短直線來擬合曲線疫橘。這一技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍。許多模具行業(yè)目前使用的CAM軟件都提供了一個(gè)選項(xiàng)匾颁，即生成NURBS插補(bǔ)格式的零件程序癌玩。同時(shí)，功能強(qiáng)大的CNC還提供了五軸插補(bǔ)功能以及與此相關(guān)的特性帮观。這些性能提高了表面精加工的質(zhì)量污益，改善了電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)度，提高了切削速度肢簿，并使零件加工程序更小靶剑。

　　2. 更小的指令單位

　　大多數(shù)的CNC系統(tǒng)向機(jī)床主軸傳遞運(yùn)動(dòng)和定位指令的單位不小于1微米。在充分利用CPU處理能力提高這一優(yōu)勢(shì)后池充，一些CNC系統(tǒng)的最小指令單位甚至可達(dá)到1納米(0.000001mm)桩引。在指令單位縮小1000倍后，可獲得更高的加工精度坑匠，可使電機(jī)運(yùn)行得更平穩(wěn)血崭。電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)使得一些機(jī)床能夠在床身振動(dòng)不加大的前提下，以更高的加速度運(yùn)行厘灼。

　　3. 鐘形曲線加速/減速

　　也稱作為S曲線加速/減速夹纫，或爬行控制。與使用直線加速方式相比设凹，這種方式可使機(jī)床獲得更好的加速效果舰讹。與其它加速方式相比，也包括直線方式和指數(shù)方式闪朱，采用鐘形曲線方式可獲得更小的定位誤差。

　　4. 待加工軌跡監(jiān)控

　　這一技術(shù)已被廣泛使用冕泡，該技術(shù)具有眾多性能差異，使其在低檔控制系統(tǒng)中的工作方式與高檔控制系統(tǒng)中的工作方式得以區(qū)別開來刑评⊙品總的來講且恼， CNC就是通過加工軌跡監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的預(yù)處理妹髓，以此來確保能獲得更優(yōu)異的加速/減速控制贼么。根據(jù)不同的CNC的性能穗掘，待加工軌跡監(jiān)控所需的程序塊數(shù)量從兩個(gè)到上百個(gè)不等，這主要取決于零件程序的最短加工時(shí)間和加速/減速的時(shí)間常數(shù)介她。一般而言称啸，要想滿足加工要求，至少需要十五個(gè)待加工軌跡監(jiān)控程序塊疾就。

　　5. 數(shù)字伺服控制

　　數(shù)字伺服系統(tǒng)的發(fā)展如此迅速，以至于大多數(shù)機(jī)床制造商都選擇該系統(tǒng)作為機(jī)床的伺服控制系統(tǒng)猬腰。使用該系統(tǒng)后鸟废，CNC能夠更及時(shí)地控制伺服系統(tǒng)姑荷，而且CNC對(duì)機(jī)床的控制也變得更精確盒延。

　　數(shù)字伺服系統(tǒng)的作用如下：

　　1) 將提高電流環(huán)路的采樣速度，再加上電流環(huán)控制的改善鼠冕，從而降低電機(jī)溫升添寺。這樣胯盯，不僅可以延長(zhǎng)電機(jī)的壽命，還可以減少傳遞到滾珠絲杠的熱量计露，從而提高絲杠的精度博脑。除此之外，采樣速度的加快還可以提高速度回路的增益叉趣，這些都有助于提高機(jī)床的整體性能。

　　2) 由于許多新的CNC使用高速序列與伺服回路相連颖喧，因此通過通訊鏈路洒漱，CNC可獲得更多的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置的工作信息。這可提高機(jī)床的維護(hù)性能铅坚。

　　3) 連續(xù)的位置反饋允許在高速進(jìn)給的情況下進(jìn)行高精度的加工航十。CNC運(yùn)算速度的加快使得位置反饋的速率成為制約機(jī)床運(yùn)行速度的瓶頸。在傳統(tǒng)的反饋方式中斧呆，隨著CNC和電子設(shè)備的外部編碼器的采樣速度的變化，反饋速度受到信號(hào)類型的制約洲棍。采用串行反饋质圾，這一問題將得到很好的解決。即使機(jī)床以很高的速度運(yùn)行助碰，也可達(dá)到精密的反饋精度棋蒂。

　　6. 直線電機(jī)

　　近幾年來，直線電機(jī)的工作性能和歡迎度有了顯著的提高婚乌，所以很多加工中心采用了這一裝置拗疯。至今，Fanuc公司至少已經(jīng)安裝了1000臺(tái)直線電機(jī)中姜。GE Fanuc的一些先進(jìn)技術(shù)使得機(jī)床上的直線電機(jī)的最大輸出力為15,500N消玄，最大加速度為30g。另一些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用使機(jī)床的尺寸得以減小丢胚，重量得以減輕翩瓜，冷卻效率大為提高。所有這些技術(shù)上的進(jìn)步使直線電機(jī)在與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比時(shí)携龟，優(yōu)勢(shì)更強(qiáng)：更高的加/減速率兔跌；更準(zhǔn)確的定位控制，更高的剛度峡蟋；更高的可靠性坟桅；內(nèi)部的動(dòng)態(tài)制動(dòng)。

　　外部附加特性：開放式CNC系統(tǒng)

　　采用開放式 CNC系統(tǒng)的機(jī)床發(fā)展非常迅速蕊蝗。目前可供選擇的通訊系統(tǒng)的通訊速度都較高仅乓，因而出現(xiàn)多種類型的開放式CNC結(jié)構(gòu)赖舟。絕大多數(shù)的開放式系統(tǒng)將標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)的開放性與傳統(tǒng)CNC的功能相結(jié)合。這樣做最大的好處在于：即使機(jī)床的硬件已經(jīng)過時(shí)方灾，開放式的CNC仍然允許其性能隨現(xiàn)有技術(shù)和加工要求改變建蹄。借助于其它軟件，還可以向開放式CNC中添加其它功能播托。這些性能可以是與模具加工密切相關(guān)的饿严，也可以是與模具加工關(guān)系不大的。通常情況下丙藤，模具車間使用的開放式CNC系統(tǒng)具有以下這些常用的功能選擇：

　　最后一點(diǎn)極為重要缓墅。因?yàn)槟＞呒庸?duì)操作簡(jiǎn)單的CNC 的需求越來越大。在這個(gè)概念中窘螃，最重要就是不同的CNC具有相同的操作界面挑单。就一般情況而言，不同機(jī)床的操作人員必須分開培訓(xùn)册向，因?yàn)椴煌愋偷臋C(jī)床唾莲，以及不同制造商生產(chǎn)的機(jī)床使用的CNC界面都不相同。開放式CNC系統(tǒng)為整個(gè)車間使用同一個(gè)CNC控制界面創(chuàng)造了機(jī)會(huì)瘸卦。

　　現(xiàn)在瘩此，機(jī)床的所有者即使不懂C語言，也可以為CNC操作設(shè)計(jì)自己的界面了柳锣。此外愧理，開放式系統(tǒng)的控制器允許根據(jù)個(gè)人的需要，設(shè)定不同的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)方式折柠。這樣操作者宾娜、編程人員和維修者可按自己的要求進(jìn)行設(shè)置。在使用時(shí)扇售，屏幕上只出現(xiàn)他們需要的特定信息前塔。采用這樣的方式可減少不必要的頁面顯示，有助于簡(jiǎn)化CNC操作承冰。

　　五軸加工

　　在制造復(fù)雜模具的過程中嘱根，五軸加工的應(yīng)用變得越來越廣。使用五軸加工巷懈，可以減少加工一個(gè)零件所需的工裝或/和機(jī)床的數(shù)量该抒，加工過程所需的設(shè)備數(shù)量將被減至最低，與此同時(shí)也降低了總的加工時(shí)間顶燕。CNC的功能越來越強(qiáng)凑保，這使得CNC制造商能夠提供更多的五軸特性。

　　從前只有高檔CNC才具備的功能涌攻，如今也被用在中檔產(chǎn)品上欧引。對(duì)于那些從未使用過五軸加工技術(shù)的廠家而言枪蜕，這些特性的應(yīng)用使得五軸加工變得更簡(jiǎn)單。將目前的CNC技術(shù)用于五軸加工迈招，使得五軸加工具備以下優(yōu)勢(shì)：

　　減少專用工具的需求农泊；    

　　允許在完成零件程序后再設(shè)定刀具的偏置；    

　　支持通用程序的設(shè)計(jì)缘赋，這樣經(jīng)過后處理的程序可以在不同機(jī)床之間互換使用碰蚂；    

　　提高精加工的質(zhì)量；    

　　可用于不同結(jié)構(gòu)的機(jī)床誓胆，這樣就不必在程序中說明是主軸還是工件在繞中心點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)竣楼。因?yàn)檫@將由CNC 的參數(shù)來解決。

　　我們可以用球形銑刀的補(bǔ)償?shù)睦觼碚f明為何五軸特別適用于模具加工庸飘。在零件和刀具繞中樞軸旋轉(zhuǎn)時(shí)亲堂，為了準(zhǔn)確地補(bǔ)償球形銑刀的偏置，CNC必須能夠在X瞒帜、Y假棉、Z三個(gè)方向動(dòng)態(tài)地調(diào)整刀具的補(bǔ)償量。保證刀具切觸點(diǎn)的連續(xù)征绸，有利于提高精加工的質(zhì)量秸抚。

　　此外，五軸CNC的用途還表現(xiàn)在：與繞主軸旋轉(zhuǎn)刀具相關(guān)的特性歹垫，與繞主軸旋轉(zhuǎn)零件相關(guān)的特性，以及允許操作者采用手動(dòng)方式改變刀具矢量的特性颠放。

　　當(dāng)采用刀具的中軸線作為回轉(zhuǎn)軸線時(shí)排惨，原來Z軸方向的刀具長(zhǎng)度偏置將被分成X、Y碰凶、Z三個(gè)方向的分量暮芭。另外，原來X欲低、Y軸方向的工具直徑偏置也被分為X辕宏、Y、Z軸三個(gè)方向的分量砾莱。 由于在切削工程中瑞筐，刀具可以沿旋轉(zhuǎn)軸方向做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，所有這些偏置必須動(dòng)態(tài)更新腊瑟，以便說明連續(xù)變化的刀具的方位聚假。

　　CNC另一項(xiàng)被稱為“刀具中心點(diǎn)編程”的特性，允許編程人員定義刀具的路徑和中心點(diǎn)速度僚尚，CNC通過旋轉(zhuǎn)軸和直線軸方向的命令來保證刀具按照程序運(yùn)動(dòng)骂妻。這一特性使得刀具的中心點(diǎn)不再隨刀具的變化而變化锭泼，這也意味著：在五軸加工中可以象三軸加工一樣直接輸入刀具的偏置，還可以通過再一次后置程序來說明刀具長(zhǎng)度的改變篡氯。這種通過使主軸旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)特性簡(jiǎn)化了刀具的編程后置處理焦凶。

　　利用同樣的功能，使工件繞中樞軸旋即耕，機(jī)床也可以獲得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)叁垫。新研制的CNC能夠通過動(dòng)態(tài)地調(diào)整固定偏置和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸來配合零件的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)操作人員采用手動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的慢速進(jìn)給時(shí)泰涡，CNC系統(tǒng)同樣起著重要的作用外抓。新研制的CNC系統(tǒng)同樣允許軸沿著刀具向量的方向緩慢進(jìn)給，在沒有刀尖位置變化的前提下像兆，還允許改變刀尖向量的方向(參看上面的插圖)蜓呀。

　　這些特性使得操作人員在使用五軸加工機(jī)床的過程中，能夠很容易地使用目前在模具業(yè)廣泛使用的3+2編程法河哑。然而避诽，隨著新的五軸加工功能的逐漸發(fā)展和這種功能逐浙被接受，真正的五軸模具加工機(jī)床可能會(huì)更普遍

　　數(shù)控機(jī)床是按照事先編制好的加工程序璃谨，自動(dòng)地對(duì)被加工零件進(jìn)行加工沙庐。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)佳吞、刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡拱雏、位移量、切削參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)數(shù)底扳、進(jìn)給量铸抑、背吃刀量等)以及輔助功能(換刀、主軸正轉(zhuǎn)衷模、反轉(zhuǎn)鹊汛、切削液開、關(guān)等)阱冶，按照數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單刁憋，再把這程序單中的內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)上(如穿孔紙帶、磁帶能眠、磁盤嫁潦、磁泡存儲(chǔ)器)，然后輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中糖窃，從而指揮機(jī)床加工零件皮匪。

　　這種從零件圖的分析到制成控制介質(zhì)的全部過程叫數(shù)控程序的編制。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床加工零件的區(qū)別在于控機(jī)床是按照程序自動(dòng)加工零件，而普通機(jī)床要由人來操作涮观，我們只要改變控制機(jī)床動(dòng)作的程序就可以達(dá)到加工不同零件的目的坑状。因此，數(shù)控機(jī)床特別適用于加工小批量且形狀復(fù)雜要求精度高的零件

　　由于數(shù)控機(jī)床要按照程序來加工零件梳让，編程人員編制好程序以后却坦，輸入到數(shù)控裝置中來指揮機(jī)床工作。程序的輸入是通過控制介質(zhì)來的喻名。

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