制下的轮廓加工精度和路径加速 度大小成反比关系；适当降低路 径加速度，可获得较高的轮廓加 工精度；加工时间较长一些，在 高速执行小线段逼近曲线加工程 序时，设定速度和实际进给速度 差别较大。二二者结合使用是目前 大多ＣＮＣ系统所推荐的方式，根 据具体的加工情况设定插补前后 的加速度值，并合理地设定路径 拐角速度（Ｓｐｅｅｄ ａｔ ｃｏｒｎｅｒ），会 获得较好的加工效果。 设定插补前后的加速度值、 加速度类型（Ｂｅｌｌ ｏｒ Ｌｉｎｅａｒ— Ｓｈａｐｅｄ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）和路径拐 角速度取决于三个要素：轮廓加 工精度、低振动（Ｓｍａｌｌ Ｓｈｏｃｋ） 及加工件表面质量（Ｓ Ｕ ｒｆａ ｃ ｅ Ｑｕａｌｉｔｙ）￣ｎＴｍＴ－时间。 高速加工时，根据加工件要 求进行三要素的评价，在此仅做 插补前钟形加速度功能和路径拐 角过渡轮廓误差分析。 条件： 一】，平面 加工程序：Ｎ Ｉ ＧＯ１ Ｇ９１ Ｘ１００ Ｆ１００００； Ｎ２ Ｙ１００； 加速度类型： 钟形 路径拐角速度： Ｆ４ ０ ０ （４００ｍｒｎ／ｍｉｎ） 设定进给速度： Ｆ１００００ （１００００ｍｍ／ｍｉｎ） 有如下三种情况： （１）优选轮廓加工精度和 加工时间。插补前加速度时间 常数：１００ｍ Ｓ，插补后加速度时 间常数：３０ｍ Ｓ，拐角点的轮廓 误差：０．０１５ｍｍ，程序段转换时 间：６０ｍｓ。 （２）优选加工时间和工件 表面质量。插补前加速度时间常 数：１ＯＯｍ Ｓ，插补后加速度时间 和加工时间。有的ＣＮＣ系统设有 常数：６０ｍ Ｓ，拐角点的轮廓误 专用的向前看功能中插补前加速 差：０．０８ｍｍ，程序段转换时间： 度参数，￣ＩＩＦＡＮＵＣ等。还须考 ７０ｍｓ。 虑到，最小程序段的执行时间， （３）优选轮廓加工精度和 有足够的预处理后续程序时间， 工件表面质量。插补前加速度时 以保证程序段转换的速度连续 间常数明显增大，路径拐角速度 性。 明显减小。路径拐角速度：Ｆ１００ （２）加工程序控制类型的 （４００ｍｍ／ｍｉｎ），插补前加速度 选择。随着五轴控制功能的出 时间常数：４００ｍｓ，插补后加速 现，五轴联动（主要指五轴插 度时间常数：３０ｍｓ，拐角点的轮 补）超出了进给轴插补的含意。 廓误差：０．００５ｍｍ，程序段转换 Ｃ￣ＦＪＢ轴（或 轴），可根据机床 时间：２００ｍｓ。 的类型设定成机床的刀具定向轴 上述分析，根据实际的机床 （ＲＴＣＰ），Ｃ轴轴线至Ｂ轴轴线 特点尽量减少插补后加速度时间 和刀具轴轴线至 轴轴线的几何 常数，以加大各进给轴加速度； 尺寸均作为动态补偿出现插补运 再根据加工技术要求设定插补前 算周期中，因此减小了Ｃ和 轴旋 加速度时间常数和路径拐角速 转时Ｃ轴轴线和Ｂ轴轴线、刀具轴 度。 轴线和Ｂ轴轴线不相交或不正交 ２．五轴联动机床廓轮加工 而导致的机械误差，提高了五轴 精度控制要点 联动加工工件的轮廓精度，这是 （１）插补前加速度控制功能 过去的五轴联动所做不到的。 和速度前馈通道控制。五轴联动 例如：Ｇ１Ｇ９１Ｘ１．６０５Ｙ一 机床其特点是廓轮加工精度高。 ０．７ ２ ７ Ｚ一０．６ ７ ｌ Ｂ １．１ ０ ０ Ｃ一 在高速高精度的曲面加工中，插 １．３６２Ｆ１００００－－段加工程序。 补前加速度控制功能是非常重要 未定义ＲＴＣＰ五轴控制， 的，且在插补前加速度控制功能 ＣＮＣ插补运算器对 、ｙ、Ｚ、 日 方式下，各进给轴速度环可采用 Ｂ轴同时分配进给量、加速度和 较高的速度增益，系统控制精度 速度，Ｘ、Ｙ￥￣ＩＺ的编程轨迹非加 大为提高；尤其是对Ｂ、Ｃ轴（Ａ 工轨迹，Ｃ和 轴旋转直接改变刀 和Ｃ摆轴）这是所希望的。 尖位置。工作坐标按Ｃ轴轴线和 插补前加速度控制功能和 Ｂ轴轴线、刀具轴轴线￣Ｉ：ＩＢ轴轴线 速度前馈通道控制可同时使用， 相交定义，不存在轴线的几何尺 要注意的三点是，其一插补后的 寸动态补偿，机械误差被带入加 加速度不可太高；其二程序段之 工中。 间的转换速度不能过快；其三加 定义ＲＴＣＰ五轴控制后，Ｃ和 工廓轮曲率变化不大。在向前看 轴旋转和加工轨迹解耦， 、】， 控制方式（Ｌｏｏｋ—ａｈｅａｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ 和ｚ的编程轨迹既是加工轨迹， ｍｏｄｅ）中插补前加速度控制功能 ｃ和 轴旋转仅改变刀具轴的方 主要的作用是减少振动，因向前 向。轴线的几何尺寸动态补偿 看功能优选因素是轮廓加工精度 后，工作坐标被得以矫正，消除 参磊 冷加 主 ７ １ 了机械误差。 期过长。 ３．ＳＩ ＥＭ ＥＮＳ ＳＩＮＵＭＥＲｌＫ （３）加速度的软起动和进给 ８４０Ｄ ＣＮＣ的轮廓控制功能 轴的加速度跳跃功能。机械刚性 目前常用的５．３版本８４０Ｄ 好或进给轴的加速度不超过１ｍ／ｓ ＣＮＣ没有插补前加速度控制功 时，可以不使用加速度软起动功 能。但，该数控系统有许多功能 能；高速数控机床要考虑使用。 可以控制加工件的轮廓精度和光 在加工精度允许情况下，尽可能 洁度。使用这些功能，须设置相 设定较长的软加速时间常数，以 应的参数，有的功能作为选件而 减少机械冲击及加工中的振动， 存在。所以，功能的参数设定及 在加减速过程中获得较好得加工 所选的功能选件，取决于上述加 光洁度。 工３要素。 在加工过程中，超出向前看 （１）可编程加速度功能。 控制功能的程序段转换作用，进 在Ｎｃ加工程序中，可根据加工精 给速度降低且做不到平滑加工过 度和曲线的曲率设定合理的加速 度。在程序段转换时，尽量让下 一度值及以之相对应进给速度，以 程序段进给轴提前加速运行是 达到加工所要求的精度和表面质 必要的。使用路径加速度跳跃， 量。 要根据加工件的要求进行设定， 加工中的加速度是路径加 但路径加速度跳跃不是无 速度，最大值取决于参与插补的 的，其应用值小于进给轴最大加 进给轴中的最小的加速度值。在 速度的２．２倍。这涉及到拐角功 多轴的数控机床运行中，尽量避 能，应做必要的设定。 免加速度慢的进给轴和 、ＹＳＨｚ （４）小程序段压缩功能 轴一道进入插补。ｘ、跚口ｚ轴有 （ＣＯＭＰＲＥＳＳＯＲ）。五轴机床 较大的加速度，因此要机械刚性 或高速三轴机床在执行直线小 好，惯性分散，拖动电动机选配 线段加工曲面程序时，因进给线 合理，恒速满负载扭矩小于电动 段长度变化大，导致进给速度下 机额定负载扭矩的１０％。 降，速度波动大，始加工件失去 （２）向前看控制功能。 光洁度。使用ＣＯＭＰＲＥＳＳＯＲ功 ８４０Ｄ ＣＮＣ可设置１２０以上小程 能，把数段程序（或数十段程 序段处理。以保证连续加工曲面 序）合并成一段，且没有超出所 时，加工速度的稳定性。 设定的轮廓精度，以提高加工光 ＣＡＭ设计小线段的加工程序 洁度和速度。 时，不但要选用连续路径加工方 总之，应用８４０Ｄ的轮廓控制 式，而且要考虑ＣＮＣ的插补运算 功能前，要认真分析加工件的特 周期，在满足精度要求下，尽量 性，在ＣＡＭ设计中尽量考虑这些 增大小线段程序进给量。如果刻 功能特点并根据需要设置相关参 意追求加工轮廓的高精度，使小 数。 线段程序进给量过小，会导致进 ４．结语 给速度被抑制，速度波动大，结 在数控机床高速加工下，获 果是加工表面质量下降；加工周 得高轮廓精度，根据其特点选定 ７２ 魄，舰… 参磊 黼工 控制功能，若采用插补前加速度 控制功能或轮廓精度控制功能， 要从上述三要素对加工进行评 价。以加工件的形状和精度选用 轮廓控制功能，并有必要进行系 统优化。加工模具件和结构件特 点不同，选用轮廓控制功能有所 不同。轮廓精度越高所涉及因素 越多，如插补器循环时间、位置 环采样时间、位置环增益、位置 环动态匹配和速度环积分增益参 数都要予以考虑和调整，以实现 数控机床的高、精运行。 我们都知道，机床产品表 现好坏，最终体现在是否能满足 用户对高速精确的加工要求，尤 其是数控机床。所以，对机床的 整机概念和数控功能的认识及掌 握不可能再停留在一个方面上， 无论是机械、电气还是编程操作 人员。机床的机械结构和所用的 ｃＮＣ系统功能决定了数控机床 的高精快特性。本文论述了主要 轮廓控制功能及其特性。轮廓控 制功能较多，而且新功能不断出 现，所以要根据机床的机械结构 和用户要求合理地选择ＣＮＣ功能 是必要的，有利于高速精密数控 机床早日走向市场。 ＭＷ（收稿日期：２０１４１２０５） 专家点评 如果参考三爪卡自定心 卡盘原理，４Ｇ３个测量触点做 成可以沿定位座圆锥面同步 移动，就能测量工件上不同 直径处的壁厚，从而扩大测 量装置的使用范围。
