| “數(shù)控機(jī)床”的新技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展 (2)
2.制造業(yè)需求--機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)步--數(shù)控系統(tǒng)性能提高
產(chǎn)業(yè)鏈需求:新產(chǎn)品需要高性能機(jī)床,這些機(jī)床具有高精度、高效率、多軸法向加工的特點(diǎn);高性能機(jī)床呼喚具有高速、高精度多軸矢量插補(bǔ)性能的高級(jí)數(shù)控系統(tǒng);而高性能數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)步促進(jìn)新機(jī)床、新工藝、新刀具的出現(xiàn)。
3.新技術(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
為了適應(yīng)現(xiàn)代制造技術(shù),數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)符合以下特點(diǎn):
① 高速,CPU采用64位專用總線結(jié)構(gòu),數(shù)控插補(bǔ)周期在2ms以內(nèi),內(nèi)裝式PLC掃描周期可達(dá)0.0033
μm/步。
②高精度,采用全數(shù)字伺服,納米級(jí)控制精度,運(yùn)用AI(Advance Interpolation)、HRV、簡(jiǎn)易指令集(RISC)等高精度輪廓控制功能。
③界面友好、仿真,各系統(tǒng)廠家將CAD/CAM技術(shù)嵌入到系統(tǒng)內(nèi),通過(guò)圖形輸入,取代了傳統(tǒng)的G代碼編程。
④網(wǎng)絡(luò)化,CNC與外設(shè)通過(guò)以太網(wǎng)連接，I/O與外部繼電器等硬件通過(guò)Profibus連接。
⑤簡(jiǎn)潔的硬件結(jié)構(gòu)---廣泛采用專用LSI，系統(tǒng)體積減少。
⑥開放式系統(tǒng)市場(chǎng)分額加大，OpenCNC被廣泛采用。
（1）采用專用總線結(jié)構(gòu)專用LSI。其特點(diǎn)是：
①為提高插補(bǔ)速度采用高速CUP專用總線結(jié)構(gòu)。
②采用專用LSI適于插補(bǔ)運(yùn)算和接口控制。
③過(guò)去許多用硬件實(shí)現(xiàn)的功能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，便于調(diào)試、在線診斷（如伺服動(dòng)態(tài)波形顯示、接口TRACE跟蹤診斷等）。
④CNC與伺服放大器的連接采用專用協(xié)議串行總線（如西門子、FANUC數(shù)字伺服均如此）。
（2）伺服軟件與NC軟件的結(jié)合---實(shí)現(xiàn)高精度控制
AI(Advanced Interpolation)提前預(yù)測(cè)控制可以預(yù)讀多個(gè)加工程序段，實(shí)現(xiàn)了切削速度最佳的加/減速控制。
從而有效地減少了工件形狀轉(zhuǎn)角處或小半徑圓弧的伺服跟蹤誤差，并有效地提高了加工速度和加工精度。
AI輪廓控制已被SIEMENS和FANUC等系統(tǒng)采用，德國(guó)HEIDENHAIN iTNC530系統(tǒng)可以預(yù)讀1024個(gè)程序段。
如發(fā)那科具有HRV4伺服系統(tǒng)，其特點(diǎn)是：
①伺服位置指令以納米為單位采樣。
②使用ai脈沖編碼器，16 million pulses/rev超高分辨率檢測(cè)（HRV4功能）。
③采用超高響應(yīng)速度伺服控制處理電流環(huán)和速度環(huán)。
④通過(guò)HRV filter過(guò)濾器，最大幅度地減少外部擾動(dòng)。
采用平順的高剛性伺服電動(dòng)機(jī)，高精度電流檢測(cè)、高響應(yīng)和高分辨率脈沖編碼器等硬件，與伺服“高速響應(yīng)矢量控制”運(yùn)算有機(jī)的融為一體，實(shí)現(xiàn)高精度輪廓控制，同時(shí)HRV濾波器還可以避免因頻率變動(dòng)引起的機(jī)械共振，真正實(shí)現(xiàn)納米級(jí)精度控制。
納米級(jí)插補(bǔ)---前饋控制，用于高速、高精度輪廓加工。通過(guò)采用前饋伺服控制方式使單節(jié)處理的影響退居幕后，縮短了程序段處理時(shí)間，F(xiàn)ANUC公司產(chǎn)品還采用了RISC指令（簡(jiǎn)易指令集）功能，進(jìn)行微小程序段處理。
HEIDENHAIN公司iT530采用前饋控制處理微小程序段（插補(bǔ)），處理時(shí)間不超過(guò)1ms。
iT530加工3-D線段無(wú)刀具補(bǔ)償時(shí)，其微小程序處理時(shí)間為0.5ms.即：用24m/min的進(jìn)給速率加工時(shí)，可以銑削約0.2mm的直線段。
這種微小程序段加工可實(shí)現(xiàn)免磨削加工(grinding free),即銑削加工達(dá)到磨削加工的精度。
（3）網(wǎng)絡(luò)化功能的應(yīng)用
采用以太網(wǎng)連接數(shù)控系統(tǒng)與host計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)：
①雙向傳輸保存在異地的零件程序、刀具表等。
②起動(dòng)機(jī)床。
③備份數(shù)據(jù)。
④查看診斷機(jī)床實(shí)時(shí)狀態(tài)。
I/O與外部繼電器連接采用Profibus。
傳統(tǒng)的I/O輸出，是通過(guò)內(nèi)裝式PLC經(jīng)過(guò)I/O模塊并行輸出信號(hào)線，這樣會(huì)造成系統(tǒng)與刀庫(kù)或交換工作臺(tái)等設(shè)備間的連接信號(hào)線繁多，坦克鏈托架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不方便等。
采用Profibus后，I/O到外部站點(diǎn)間的連接僅通過(guò)雙絞線（串行傳送）即可。故障率低，便于維修診斷。
（4）數(shù)控功能強(qiáng)化
由于數(shù)控系統(tǒng)采用的CPU速度不斷提高，過(guò)去許多專用機(jī)床的軟件被移植到通用CNC中，例如：齒輪加工、多軸聯(lián)動(dòng)工具磨軟件、凸輪軸及曲軸的加工的加工軟件、法向矢量插補(bǔ)等作為數(shù)控系統(tǒng)的選項(xiàng)內(nèi)容。
另外，沖床軟件、等離子切割軟件、折彎軟件等也可作為數(shù)控選項(xiàng)，方便不同用戶的選擇。
（5）友好的界面、簡(jiǎn)便易行的編程
引導(dǎo)編程、車間編程、自由輪廓編程等圖形對(duì)話輸入將CAD/CAM嵌入數(shù)控系統(tǒng)中，并且有編程提示信息，使數(shù)控編程加工更接近通用“工程語(yǔ)言”，用圖形符號(hào)“說(shuō)話”。
SIEMENS840D具有shopmill或shopturn編程軟件，不但編程簡(jiǎn)便易行，并且仿真能力強(qiáng)。
HEIDENHAIN iT530具有2D輪廓加工對(duì)話編程，銑、鉆、鏜固定循環(huán)，以及通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)安裝通用的CycleDesign軟件建立自已的固定循環(huán)程序。并且可以通過(guò)參數(shù)設(shè)置完成簡(jiǎn)單的3D輪廓加工。
FANUC系統(tǒng)則采用“manual guide i”輔助編程，操作者可以根據(jù)藍(lán)圖輸入圖形尺寸，無(wú)需G代碼編程。
（6）數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的另一側(cè)面---OpenCNC
隨著計(jì)算機(jī)硬件成本的降低，軟件平臺(tái)的開放，以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，OpenCNC目前在歐美市場(chǎng)發(fā)展非�？欤�1993年美國(guó)數(shù)據(jù)公司生產(chǎn)的產(chǎn)品最具有代表性，其特點(diǎn)是：①價(jià)格便宜。②開放性不與任何硬件捆綁，運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)硬件（位置反饋、伺服指令輸出、I/O數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等)也是市場(chǎng)上可以買到的通用或配套產(chǎn)品。③高可靠性(采用工控機(jī)、軍用機(jī)箱、OA計(jì)算機(jī))。④友
好的人機(jī)界面,開放的API(應(yīng)用編程接口),用戶可以根據(jù)控制對(duì)象不同,使用V-Basic開發(fā)個(gè)性化界面。⑤強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。⑥及時(shí)的軟件升級(jí)。
4,數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)維修和改造的影響
(1)對(duì)維修的影響:
① 由于系統(tǒng)的自診斷能力的加強(qiáng)和結(jié)構(gòu)的大幅度簡(jiǎn)化,現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)故障判斷將越來(lái)越方便。
②現(xiàn)場(chǎng)的維修要求不僅僅局限于數(shù)控系統(tǒng)的故障判斷,同時(shí)需要對(duì)外圍電路、機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、光學(xué)檢測(cè),甚至加工等多種因素的綜合判斷能力。
③對(duì)印刷電路板的維修將越來(lái)越困難,直至徹底采用直接更換的方式。
④隨著外設(shè)的不斷擴(kuò)展和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展,對(duì)數(shù)控機(jī)床與其外部設(shè)備的連接及調(diào)整會(huì)越來(lái)越多。
(2)對(duì)改造的影響:
① 小型、簡(jiǎn)易機(jī)床的改造需求會(huì)逐步降低,機(jī)床改造將進(jìn)一步向大型化、全功能化、復(fù)雜化方向發(fā)展。
②改造市場(chǎng)將進(jìn)一步細(xì)分。
③對(duì)改造承攬單位的要求將不斷提高,要求具有系統(tǒng)、機(jī)械、液壓、光學(xué)甚至二次開發(fā)的綜合能力。
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