数控机床应用技术

数控机床应用技术汇报人：周宝庆大连机床集团数控技术应用试验研究所大连机床集团数控技术应用试验研究所周宝庆2011.08.02Page2DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.机床制造商对高端数控系统的需求1)、硬件的需求2)、高速切削功能3)、五轴加工能力4)、简易编程（对话式、可视化编程）5)、误差补偿;6)、调试工具（简化调试工作）7)、过程干预和监控技术;8)、智能化技术9)、网络技术Page3DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.一、机、电、液、机械调试、NC调试和加工编程集成技术是关键GMXlinear系列车铣中心主要要特点：Z1轴采用直线电机正负主轴采用内置电机其它直线轴采用滚珠丝杠Page4DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.1）、大连机床集团六年前开发的CHD系列九轴五联动车铣复合中心CHD系列车铣中心：主要要特点：正负主轴采用异步内置电机直线轴全部采用滚珠丝杠Page5DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.X1轴滑架质量轻：位置增益可以设置高；Z1轴滑架质量重：位置增益设置低。为了保证机床的同步精度位置增益必须设置相同值，按最低增益值设置（按Z1轴位置增益设置），这就降低了机床精度。Z轴采用直线电机：1、减少了屑对屑换刀时间；2、提高了位置增益、提高了机床精度；3、加速度提高，提高了切削效率；4、提高了机床伺服刚度和动态刚度。2）、CHD系列车铣复合中心基础件Page6DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.3）、加工工件对数控系统的要求产品件加工五轴产品件加工五轴产品件加工对系统要求：1、高性能处理板2、正付主轴必须是同步内置电机3、Z1轴最好是直线电机五轴定向产品件加工对系统要求：1、不需要高性能处理板2、正付主轴可以使用异步内置电机3、直线轴可以使用滚珠丝杠我们把数控系统选型和配置交给数控系统生产商，影响我国数控机床的发展*！Page7DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.高速、高精度、高表面加工机床动态性能好高效、高精度、高表面质量加工机床刚性好高性能钢、钛合金、高温合金和硬切削等4）、高速机床和重型机床都需要高端数控系统重型机床更需要高端数控系统支持！Page8DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.数控系统框架设计师和型号设计师:一定要对机床设计技术、机械调试技术、伺服优化技术、加工工艺、NC编程、数控系统试验方法和试验策略进行深入集成研究。才能开发出市场需求的数控系统,不然数控系统成长太慢，最终将被市场抛弃。Page9DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.二、数控系统硬件是根本机床制造商关心的系统硬件主要技术指标：1、电流环控制周期2、系统控制周期3、插补周期4、程序段预读能力5、内存和外存容量6、程序传送速度系统系能对机床精度的影响：1、伺服刚度2、动态刚度*3、反向跃冲精度（象限误差、摩擦误差）*4、周期误差*5、动态响应误差*Page10DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.N0001X-110.343…N0002X-110.551…N0003X-110.705…N0004X-110.911…N0005X-111.059…N0006X-111.162…N0007X-111.298…N0008X-111.469...N0009X-111.564…N0010X-111.614…...N7497X-111.6…N7497X-111.559…程序段处理能力：CNC每分钟能够计算的程序段数1）、程序段处理能对切削速度影响–程序段处理能力试验Page11DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.NC程序步长越小，程序段量越大，因此对数控系统字节的处理能力要求越高。*1步长越小，例如0.07mm时，使用AIAPC功能时，机床进给率只能达到F500，如果希望达到F2000，需要使用AInanoCC功能。给量mm/min理论上可以处理的步距*1AIAPCAICCAInanoCCAInanoHPCC5000.070.030.02010000.130.070.030.0120000.270.130.070.0130000.400.200.200.0250000.670.330.170.03100001.330.670.330.071）、程序段处理能对切削速度影响–步长、字节处理能力和切削速度之间关系Page12DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.步长集中在1mm以上0.10.30.50.70.91建议使用AIAPC（F3500）0.10.30.50.70.91步长集中在0.4mm建议使用AICC或AInanoCC（F3500）1）、程序段处理能对切削速度影响–试验1Page13DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.0.10.30.50.70.91建议使用AInanoHPCC（F3500）0.10.30.50.70.91步长集中在0.4mm建议使用AICC或AInanoCC（F3500）1）、程序段处理能对切削速度影响–试验2步长集中在0.1mmPage14DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.2）、计算精度对加工质量的影响-FANUC指令倍乘比(CMR)优化指令倍乘比（CMR）＝最小移动单位÷检测单位FANUC系统指令倍率比（CMR），出厂默认值是2倍，国内都是使用默认值，但国外进口机床指令倍比都设置10倍以上，最多达到40倍。提高指令倍率：提高了系统计算精度(指令脉冲精度），计算精度的提高影响加工效果*，试验证明：提高了小线段处理的效果，加工速度变快，光洁度，亮度高，刀纹的细腻程度比之前有提高。Page15DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.1、动态响应试验测试条件：测试结果对动态响应曲线影响不大动态频率响应曲线CMR=2CMR=202）、计算精度对加工质量的影响–改变指令倍乘比(CMR)试验测试条件：FANUC0IMD，空载。在提高CMR前后，使用一样的环路增益，加减速时间常数。Page16DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.2、圆弧插补试验周期误差*变小，刀路细腻CMR=2时，XY圆弧插补CMR=20时，XY圆弧插补2）、计算精度对加工质量的影响–改变指令倍乘比(CMR)试验Page17DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.3、方形带四分之一圆弧试验：动态刚度*提高，周期误差*变小，刀路细腻CMR=2时，XY方带四分之一圆弧CMR=20时，XY方带四分之一圆弧2）、计算精度对加工质量的影响–改变指令倍乘比(CMR)试验Page18DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.POSCPOSFCMR=20，1802#7=1POSF4、反馈试验：FANUC0i-C反馈更加的均匀，平滑2）、计算精度对加工质量的影响–改变指令倍乘比(CMR)试验Page19DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.POSCPOSFCMR=20POSF5、反馈试验：FANUC31i纳米级插补反馈更加的均匀，平滑2）、计算精度对加工质量的影响–改变指令倍乘比(CMR)试验Page20DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.HEIDENHAIN、SIEMENS、FANUC高端数控系统都采用纳米级插补；SIEMENS828D计算精度是80位；FANUC0iMD系统使用了纳米级插补，试验证明FANUC0iMateD模具加工能力与FANUC0iMC相同，台湾和国内一些机床厂为了降低成本，使用FANUC0iMateD取代FANUC0iMD。2）、计算精度对加工质量的影响–纳米级插补Page21DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.三、驱动软件算法是灵魂高速加工指令HEIDENHAIN：CYCLE32SIEMEN：高速加工循环：CYCLE832FANUC:AI轮廓控制G05.1三种系统加工效果比较：FANUC系统加工曲面表面质量好；SIEMEN系统加工曲面加工精度高HEIDENHAIN系统加工曲面加工精度高、曲面表面质量好*Page22DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.曲面加工质量四个主要指标：1、加工精度2、表面粗糙度；3、相邻路径的一致度（或正反向加工的重复性）-----俗称光亮度4、加工速度1、影响曲面加工质量因素Page23DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.相邻路径的一致性度在国内没用引起重视！2、相邻路径的一致性-虚拟仿真-14045505560657075804681016182022242628303234YX3DAbweichungLCIstdatenzuNC-Programm,zacke01Parameter:Tol_5(0.01)Bearbeitungszeit:32.9325sZ4045505560657075804681016182022242628303234YX3DAbweichungLCIstdatenzuNC-Programm,zacke25Parameter:BradermitEinfachTol0.01MP1230100,50,100MP12401000MP1090.025MP10703Bearbeitungszeit:35.788sZ没有相邻路径控制功能有相邻路径控制功能Page24DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.3、相邻路径的一致性-虚拟仿真-2相邻路径的一致度好相邻路径的一致度差Page25DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.4、相邻路径的一致性–切削试验没有相邻轨迹控制功能，表面质量差有相邻轨迹控制功能，表面质量好Page26DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.5、路径预读功能解决相邻路径的一致性的策略：1、增加路径预读能力，缩短段处理时间；2、使用3D光顺算法控制路径公差和相邻路径公差*；3、路径速度平滑iTNC530：程序段预读：1024段，程序段处理时间：0.5msFANUC31i：采用高速处理器：程序段预读：1000段（600），程序段处理时间：0.4ms西门子840D：程序段预读：默认设置38段插补周期=MD10050[秒]*MD10070*1.11Page27DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.小线段处理技术发展方向：数控系统处理原因：1、速度平滑2、能够根据系统的动态特性平滑处理；3、数控系统能够对根据轨迹、轨迹间、动态特性轨迹公差实时控制；4、能够使用速度滤波技术；5、根据加工情况更改公差(使用方便）；6、CAM后置处理简单*。使用数控系统处理小线段，尽管有占用大量系统资源，计算时间长等缺点。Page28DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.6、轨迹特性控制–程序段过渡处控制动态刚度差:动态刚度误差大*FANUC：减速处理SIEMEN：加减速或插入图素（G642、G643、G644指令,G645)HEIDENHAIN：滤波技术程序段过渡处理技术–影响加工效率、加工质量。Page29DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.7、轨迹特性控制–海德汉拐角滤技术Page30DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.圆角、拐角-轨迹误差计算圆角误差计算拐角误差计算指数型：Ｅ=０.５２ＶＴ1直线型：Ｅ=０.１８ＶＴ1钟形：Ｅ=０．１２ＶＴ1圆角误差△R拐角误差E指数型:直线型:钟形:Page31DALIANMACHINETOOLGROUPCORP.RFTT22221)..21.21(圆弧切削时的路径误差:△r≒R:圆弧半径（mm）：30mmT1:加减速时间常数（s):0.1sT2:伺服时间常数（s）:0.033s=1/KpKp:伺服环增益：30s-1F(m/min)△r(mm)5000.012810000.05145