高速切削与五轴联动加工技术 教学课件 作者 褚辉生 第二章　高速加工技术及应用.ppt

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1、第二章　高速加工技术及应用第二章　高速加工技术及应用第一节　高速加工数控系统第二节　高速加工数控机床第三节　高速加工数控机床的关键技术第四节　高速加工工艺第五节　高速加工刀具第六节　高速加工技术的应用第一节　高速加工数控系统一、高速加工数控系统的组成高速加工数控系统的组成如图2⁃1所示。图2-1　高速加工数控系统的组成第一节　高速加工数控系统1)一般采用32位CPU、多CPU微处理器以及64位RISC芯片结构，保证高速度处理程序段。2)能够迅速、准确地处理和控制信息流，将加工误差控制到最小，同时还能保证控制执行机构运动平滑、机械冲击小。3)有足够大的容量和较

2、大的缓冲内存，能保证大容量加工程序高速运行。二、高速加工对数控系统的要求高速加工技术是传统数控加工技术的新发展，对于高速数控加工，其目标是要求高速度地加工出高精度的零件。1.机械系统2.CNC系统3.高速的主轴单元和高速的进给驱动单元第一节　高速加工数控系统1)能够高速度处理程序段。2)能够迅速、准确地处理和控制信息流，把工件的加工误差控制到最小。3)能够尽量减少机械的冲击，使机床平滑移动。4)要有足够的容量，能使大容量加工程序高速运转，或者具有通过网络传递大量数据的能力。5)具有高速度工作的主轴电动机、进给伺服电动机和传感器等。6)能保证在高速下加工时机床

3、的可靠性和安全性。三、高速数控系统介绍随着计算机技术迅速发展和其在数控系统中不断地被应用，目前，高速数控系统已进入快速发展阶段。1.FANUC第一节　高速加工数控系统(1)纳米插补　这个功能把送到数字伺服系统的位置指令以纳米作为单位，而CNC系统的增量是1μm。图2-2　纳米插补过程(2)由指令的方向计算出最佳的加速度以减少加工时间　比如加工一块方形零件，如图2-3所示，改变了传统的将X轴与Y轴都按最低的加速度轴进行加减速的加工方法，而是对每轴的加速度情况分别予以考虑。第一节　高速加工数控系统图2-3　传统加工与高速加工每轴的加速度(3)控制伺服电动机最佳的

4、加、减速转矩　按照这个功能，第一节　高速加工数控系统可进行最佳的加、减速控制，使定位的时间减少。(4)缩短程序段处理时间　在加工连续微小程序段时，要提高加工速度就必须缩短程序段处理时间。(5)进行前瞻控制　最大前瞻控制的程序段为600段。1)根据每轴速度的变化，在拐角处自动计算相应的进给速度和加速度、减速度。2)当Z轴向下移动时，由于采用刀具的端部加工比Z轴向上移动时刀具以侧面加工负载更大，因此必须计算进给速度，并控制其进给速度低于允许进给速度。3)对多段小程序段加工时，由于程序段小，进给速度按拐角的进给速度设置。第一节　高速加工数控系统(6)配有五轴加工功

5、能　该系统采用RISC处理器，能对包括旋转在内的复杂零件进行高速和高精加工。1)刀具轴方向进行刀具长度补偿，即使刀具轴的方向随回转轴旋转，仍然可以在刀具轴的方向补偿。2)刀具中心点的控制，即使刀具轴的方向变化了，刀具中心仍然可以控制，以便跟随确定的直线。3)三维刀具半径补偿，可以在垂直于一把倾斜刀具的平面上进行；也可以对刀具边缘偏置。4)三维圆弧插补，可以规定斜平面上的圆弧。5)斜平面加工指令，可方便地在斜平面加工的情况下生成零件程序，可控制旋转轴使刀具垂直于斜平面。第一节　高速加工数控系统6)三维手动进给，沿着斜的工件平面移动刀具，也可沿着斜刀具的轴向手动

6、移动。(7)伺服的HRV控制　FANUC的伺服电动机是交流电动机，采用HRV(HighResponseVector高反应矢量)控制，控制框图如图2-4所示。图2-4　HRV控制框图第一节　高速加工数控系统(8)冲击控制　当加工形状尖锐的曲线或者具有急剧的拐角时，加速度的剧烈变化将导致机械的振动。(9)NURBS插补　除了加工自由曲线、自由曲面外，配用五轴加工功能，还能进行复杂形状的加工。(10)安全　具有双检安全功能，即内嵌在CNC中的多个处理器双重监控伺服电动机和主轴电动机的位置、速度及与安全相关的I/O。2.SIEMENS1)人机接口采用基于工业PC机的

7、操作面板。2)CNC控制单元最大的配置为NCU573.2，处理器采用英特尔奔腾D，具有2.5MB的NC存储器和288KB的PLC存储器，能配置10模块组/10通道/31轴(每通道12伺服轴/主轴)。3)可编程序控制器(PLC)。第一节　高速加工数控系统4)机床进给与主轴用的驱动单元。5)电动机(AC电动机和直线电动机)。6)适合高速加工基本功能的电源和能量回收单元。(1)前瞻控制　前瞻控制的功能用以识别因程序段变化过程中的不规则进给速度和轨迹曲线形状产生的过大加速度，由程序缓冲器预先对NC程序段进行连续处理，使这些程序段执行的时间短于由加工速度所要求的斜线上

8、升或下降时间。(2)五轴联动加工功能　由于旋转坐标系