【編者按】數(shù)控機(jī)床在中國制造業(yè)迅速普及暗膜，數(shù)控編程技術(shù)也同步進(jìn)展彰导；從應(yīng)用現(xiàn)狀分析，數(shù)控加工效率瓶殃、安全性仍然存在較多瓶頸充包，全自動的數(shù)控加工中心一定程度上變成了“半自動”，對于大多數(shù)企業(yè)來說遥椿，數(shù)控的優(yōu)勢充分體現(xiàn)在可以無干預(yù)的長時間工作基矮，至于加工效率難于進(jìn)行評價和評測，如果相對于非數(shù)控機(jī)床预旺，通常效率有提高棕凉；對于一般數(shù)控加工和高效數(shù)控加工效率評價方式缺乏參照灯彩，對數(shù)控加工高效潛力挖掘較弱，本文基于Delcam先進(jìn)制造技術(shù)和工藝桃镐，對數(shù)控編程和加工效率潛力空間阵蔚，列舉大量試驗數(shù)據(jù)，結(jié)合公司最新專利技術(shù)和Vortex技術(shù)杈鸵，以大幅提高數(shù)控加工效率的方式扶免、方法展開論述；旨在引導(dǎo)數(shù)控加工領(lǐng)域?qū)μ岣呒庸べ|(zhì)量的同時吠冒，能夠獲得較高的效率提升紧视；使制造型企業(yè)能夠運用高效加工先進(jìn)制造技術(shù)，形成知識積累焙恬。

什么是 MachineDNA

MachineDNA是英國Delcam公司開發(fā)硝荚，并獲得最新國際專利的一項數(shù)控編程技術(shù)，該技術(shù)是目前CAM系統(tǒng)中琢窗，把數(shù)控機(jī)床“DNA信息”植入編程軟件的CAM系統(tǒng)焙蹭，同時也是行業(yè)首創(chuàng)；下面把MachineDNA的原理和形成機(jī)制進(jìn)行分析和闡述嫂伞；

第一個問題孔厉，什么是MachineDNA？很顯然MachineDNA中的DNA是借用遺傳學(xué)中的名詞遺傳基因的原意帖努，同樣用到DNA復(fù)制撰豺、遺傳密碼、遺傳信息傳遞的中心法則拼余，提取數(shù)控機(jī)床DNA傳遞到CAM軟件污桦，CAM軟件根據(jù)此機(jī)床的DNA信息，生成最適合這臺機(jī)床的數(shù)控加工代碼匙监；

第二個問題如何獲得機(jī)床的MachineDNA信息寡润，首先由Delcam Powermill生成一個特別的機(jī)床DNA提取NC代碼，在機(jī)床上按照程序規(guī)定運行舅柜，獲得機(jī)床規(guī)定數(shù)量的速度段在機(jī)床不同的運動狀態(tài)和因素下，如：在直線運行躲惰、不同直徑圓弧致份、最小點相應(yīng)時間、曲線驳达、機(jī)床前瞻功能挣仅、加減速參數(shù)、加速曲線缆瑟、減速曲線等綜合綜合工況數(shù)據(jù)胀司，生成數(shù)控機(jī)床的MachineDNA數(shù)據(jù)信息文件峦爪；

第三個問題， MachineDNA程序的特征和運用坚达，作為Delcam開發(fā)的一項獨特加工技術(shù)辅蜡，CAM系統(tǒng)根據(jù)提取的MachineDNA數(shù)據(jù)，自動設(shè)定最有效的擺線尺寸鹦卫，優(yōu)化點分布迅撑，自動進(jìn)行圓弧和直線變換、速度處理沥萄， MachineDNA 結(jié)合Vortex技術(shù),可最大限度地發(fā)揮加工機(jī)床的潛能驼功。

根據(jù)數(shù)控機(jī)床運動機(jī)理，不同的數(shù)控系統(tǒng)存在一些差異冒窍，原理包括數(shù)字脈沖相乘法插補(bǔ)原理递沪、逐點比較法插補(bǔ)原理、最小偏差法综液、數(shù)字積分法款慨、目標(biāo)點跟蹤法、單步追蹤法意乓、高次曲線插補(bǔ)原理樱调、加密判別和雙判別插補(bǔ)原理、插補(bǔ)方法的實際應(yīng)用届良、插補(bǔ)器的信息輸入笆凌、插補(bǔ)運算的控制、偏差計算公式的實現(xiàn)士葫；通過不同的方式把電信號乞而、脈沖信號轉(zhuǎn)化為位移信號，數(shù)控系統(tǒng)的運行慢显，依賴CAM系統(tǒng)提供的CNC指令爪模，這些指令由點信息和運動指令構(gòu)成；在點分布原則方面荚藻，有非常廣闊的研究空間叮褐；例如：采用ISO代碼，編寫一段圓弧程序：

G02 X60 Z50 R20 F2000

那么硬碳，數(shù)控系統(tǒng)在執(zhí)行這段代碼時炕常，并不執(zhí)行F2000的速度，統(tǒng)常減少到設(shè)定值的70%運行祈前，不同的系統(tǒng)有一定差異贿魄，對一個包含圓弧（曲線）運動的數(shù)控加工程序誓享，程序點的處理方式通常包含以下幾種情況：

1秕颖、采用正常幾何節(jié)點和圓弧指令編程：

2角术、公差逼近圓弧編程

3、均勻點分布

對于以上三種情況疚函，以相同的幾何尺寸在DMU160P進(jìn)行測試分析持结，程序打開相應(yīng)的高速優(yōu)化（前瞻功能），通過測試效率以公差逼近運行效率最高棵章，但數(shù)控機(jī)床運動過程中都存在不同程度的減速挨让，試驗中測試的系統(tǒng)和測試速度如下，限于篇幅試驗數(shù)據(jù)不進(jìn)行羅列缓溅，關(guān)于設(shè)備蛇损、系統(tǒng)和切削速度，如下所示：

Machine = DMG DMU160P

Feedrate = 10000mm/min

Control = HEIDENHAIN IT530

數(shù)控加工過程中坛怪，因為數(shù)控機(jī)床和數(shù)控機(jī)床本身運動特性淤齐，不合理的NC程序，都會導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床在切削過程中袜匿，頻繁的交替加速減速更啄；通過在數(shù)控機(jī)床試驗，并分析以上條件居灯，都不能讓數(shù)控機(jī)床在切削過程中保持恒速祭务；同時存在數(shù)控系統(tǒng)在不同的圓弧條件下的巨大差異，通過下圖可以看出怪嫌，針對試驗設(shè)備义锥，采用PowerMILL提供的測試程序獲得以下數(shù)據(jù)；長度2.8毫米采用擺線編程岩灭，擺線圓弧半徑4mm拌倍，理論時間16s, 數(shù)控機(jī)床實際運行時間28s, 初步計算數(shù)控機(jī)床在當(dāng)前條件下減速比達(dá)到42.857%；同樣速度采用8mm擺線圓弧撰蕴，接近實際時間京思；采用圓弧半徑為12.84mm，該機(jī)床在Feedrate = 10000mm/min條件下鳖灰，能夠保持不減速加工完成所有刀具路徑须涕；

通過對試驗條件的設(shè)定和測試，推斷數(shù)控機(jī)床本身存在個體的運動特性潦春，獲取機(jī)床最佳運動特性掘顾，通過包括以上及其他更多測試條件，獲得數(shù)控機(jī)床Delcam MachineDNA數(shù)據(jù)钟肴，適當(dāng)控制進(jìn)給率和采用恰當(dāng)?shù)募訙p速曲線可以減少加減速滯后所產(chǎn)生的誤差”Ｃ剑“前瞻”控制在程序執(zhí)行前對運動數(shù)據(jù)進(jìn)行計算苏狠、處理和多段緩沖惫借，從而控制刀具按高速運動，而且誤差很小钻宠。對于機(jī)床平滑運行的高精度輪廓控制堰洛，采用對指令形式的實時識別，可以最佳地控制速度谷市、加速度和加加速度蛔垢，因而使加工總是保持在最佳狀態(tài)。為了防止擾動迫悠，測試獲得數(shù)控機(jī)床的加速度鹏漆、加加速度、最小點響應(yīng)時間等重要MachineDNA參數(shù)创泄，把MachineDNA數(shù)據(jù)植入CAM的仿真機(jī)床艺玲，編程系統(tǒng)PowerMILL讀入該仿真機(jī)床，在編程系統(tǒng)中選用MachineDNA功能有效鞠抑，軟件生成刀具路徑將根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化饭聚；結(jié)合Delcam另外一項專利技術(shù)Vortex路徑，得到高效的加工程序

關(guān)于Vortex技術(shù)搁拙，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控加工在切削過程中做到等體積切削秒梳，結(jié)合MachineDNA能夠做到恒速、等載荷切削的目的箕速；在數(shù)控加工過程中酪碘，制約加工效率的主要因素包含載荷不恒定、路徑突變等不利因素憨箍；切削在角落區(qū)域王捧，刀具的切削角度急劇增大，切削條件急劇惡化遇娜，刀具壽命受到較大影響匹忙，切削力增大、切削熱迅速累積区呕、排削困難绣峰、精密機(jī)床受到較大沖擊；如上圖海拾，在正常切削區(qū)域掩软，刀具和工件始終保持46度包角，在轉(zhuǎn)角和銳角區(qū)域眉脖，切削包角會急劇變大侮夸，導(dǎo)致出現(xiàn)切削條件變化。

如下圖一個三角型型腔刀具路徑，路徑在90%的藍(lán)色區(qū)域都是正常的直線運動揍庄，在角落部位大約有10%的刀具路徑用紅色表示咆蒿，紅色區(qū)域是切削出現(xiàn)不穩(wěn)定的區(qū)域，僅僅10%的路徑長度蚂子，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)沃测，該區(qū)域占用的機(jī)床運行時間是90%的切削時間；數(shù)控機(jī)床不斷的加速食茎、減速蒂破，導(dǎo)致機(jī)床劇烈震動，同時刀具在該區(qū)域會發(fā)出刺耳的聲音别渔，切削條件非常惡劣附迷，Vortex采用特殊的、結(jié)合MachineDNA數(shù)據(jù)的自動擺線處理钠糊、以及路徑點分布等挟秤，來處理刀具路徑，讓路徑在所有區(qū)域都保持恒定的切削包角抄伍，恒定的切削速度艘刚，也保證切削能夠在恒體積、恒載荷的理想切削狀態(tài)截珍；最大限度發(fā)揮刀具和機(jī)床的潛能悲尝。

解決數(shù)控加工載荷和等體積切削的問題，單位時間內(nèi)數(shù)控加工材料去除率的提升惰疯，可以基于以上技術(shù)吐梗，達(dá)到驚人的效果，在案例分析階段蔫横，我們能夠看到提高加工效率5~10倍的特殊案例桐赠；下面我們分析大切寬和大切深材料去除率的數(shù)據(jù)分析，假設(shè)實際切削ae (Stepover) 設(shè)置為 75%刀具直徑刊濒；刀具切削負(fù)載計算中涌粱，切寬(ap)增加，機(jī)床負(fù)載同比增加埃的，而大切深侵选，在同樣切寬（ae）條件下，機(jī)床負(fù)載增加較少愕匪，通過數(shù)據(jù)盐儿，能夠清楚的認(rèn)識到，在合適條件下涮较，采用大切深稠鼻，能夠有效提高材料去除率冈止。

在清華大學(xué)精密儀器系，使用DMU60T 測試枷餐，材料因條件所限靶瘸，采用Aluminium 6082 T6，零件大小250mm*250mm*80mm進(jìn)行測試毛肋，刀具選用12mm普通硬質(zhì)合金3刃鋁合金加工刀具，通過在機(jī)床運行PowerMILL生成的MachineDNA程序（數(shù)控機(jī)床運行約20分鐘）屋剑，獲在得多種運動條件機(jī)床特性數(shù)據(jù)润匙，其中機(jī)床最小點響應(yīng)時間為0.098021ns。

如上圖中零件唉匾，一次切削深度達(dá)到2倍刀長=24毫米孕讳，切削速度7878mm/min, 切削過程平穩(wěn)，觀察機(jī)床負(fù)載恒定巍膘，無震動厂财、切削聲音恒定一致，觀察數(shù)控系統(tǒng)實際速度保持在7878mm/min 浮動5%以下范圍內(nèi)修鲤，每片切削都基本保持一致穴眨，實際切削時間4分40秒，單位時間材料去除率達(dá)到1008 cm3/min乓记，同等條件下料悟，是大多數(shù)企業(yè)切削該材料效率的2~3倍，下圖是實際測試工件和詳細(xì)參數(shù)

新技術(shù)存在的意義是為企業(yè)提高效率锌筝、節(jié)約成本墙弛、增加效益，本技術(shù)在為企業(yè)定制增效工程中法铝，能夠起到非常重要的作用降井，某汽車零部件供應(yīng)商，加工齒輪箱部件级案，每月大于500 件/工具鋼/54-59 HRc,使用傳統(tǒng)CAM軟件加工時間 >26分鐘,使用MachineDNA&Vortex 加工時間減少到4m 25s (同時大幅節(jié)約刀具費用70%)隘吆，效率是原來的超過6倍，傳統(tǒng)方式采用層切小切深方式鹤协，刀具磨損快椎沟，新的方式，每次裝夾2個零件味滞，一次切削兩個零件樱蛤，切削過程穩(wěn)定，零件質(zhì)量通過檢測也達(dá)到較高要求剑鞍。

另外昨凡，在鈦合金加工領(lǐng)域爽醋，國內(nèi)外也存在眾多的待解難題，MachineDNA&Vortex技術(shù)在該領(lǐng)域便脊，也為相應(yīng)廠商提供了相應(yīng)效率提升途徑蚂四，下圖是一個航空鈦合金空心齒輪的高效加工應(yīng)用，材料為Ti6AI4V哪痰，冷卻方式采用高壓冷空氣遂赠，刀具采用12mm鈦合金專用銑刀，刀具線速度100m/min晌杰，可有效解決客戶過去在加工該類零件時跷睦，一把鈦合金專用銑刀，不能完成單個工件的問題肋演，同時恒載切削抑诸，因產(chǎn)生較少的切削熱，零件性狀和表面質(zhì)量都非常好状萤。

綜合上述玷仗，數(shù)控技術(shù)發(fā)展及研究深度出現(xiàn)非常細(xì)致的分工，由單一的幾何切削計算研究撒肉，深入到機(jī)床共振域仅犬、刀具共振域、切削過程金屬形變峰辣、性變馏舰；刀具與加工材料共滲的研究，并取得一定進(jìn)展拓坠；超硬刀具的發(fā)展也為高效加工提供了相應(yīng)的支持便浮；熱脹刀柄也普遍被使用，直線電機(jī)和高速主軸也逐步成熟赎遗，數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展也基于相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而提高尤痒，Delcam的MachineDNA和Vortex技術(shù)是在現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)整體發(fā)展的基礎(chǔ)上，能夠為企業(yè)生產(chǎn)峰孝、數(shù)控加工技術(shù)研究等領(lǐng)域悔叽，提供優(yōu)化刀具路徑的先進(jìn)編程系統(tǒng)；數(shù)控切削技術(shù)的研究和應(yīng)用爵嗅，也必須依賴先進(jìn)娇澎、優(yōu)化的刀具路徑。

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