西門(mén)子SINUMERIK 840D系統(tǒng)為五軸加工提供了獨(dú)一無(wú)二的性能和功能，尤其對(duì)于加工飛機(jī)上非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件和發(fā)動(dòng)機(jī)部件，為客戶(hù)帶來(lái)諸多好處。

　　在航空工業(yè)領(lǐng)域，關(guān)鍵的零件生產(chǎn)都需要對(duì)材料進(jìn)行大面積的加工去除。就飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的五軸加工來(lái)說(shuō)，大約90%的材料要通過(guò)加工，材料去除率非常高，只能通過(guò)高效、高速、高精度機(jī)床來(lái)完成。

　　通過(guò)銑削完成的高質(zhì)量發(fā)動(dòng)機(jī)部件，例如葉盤(pán)的數(shù)量日益增加。相比加工性能，好的尺寸精度和表面質(zhì)量更為重要。

　　通過(guò)五軸銑削可以獲得非常高的加工效率，是很先進(jìn)的金屬切削方法。

　　在五軸加工中心上使用的系統(tǒng)必須綜合具有特殊編程、運(yùn)動(dòng)控制和補(bǔ)償?shù)裙δ?，另外還要有高性能的硬件。這些功能能夠簡(jiǎn)化用戶(hù)加工過(guò)程，在整個(gè)加工過(guò)程中有效地指導(dǎo)用戶(hù)進(jìn)行操作，并且在在特殊的加工任務(wù)中可以?xún)?yōu)化運(yùn)動(dòng)控制?？紤]到機(jī)床速度和加速度對(duì)加工表面的影響，我們可以通過(guò)特殊控制和驅(qū)動(dòng)功能來(lái)提高速度和加速度值。

　　五軸加工功能

　　事實(shí)上，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制五軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)是非常必要的。盡管在一些案例中，需要旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，而在另外一些案例中，工作臺(tái)。但這些基本原理的差異對(duì)于SINUMERIK 840D完全不是問(wèn)題，這要?dú)w功于它集成的五軸轉(zhuǎn)換功能（TRAORI）。這意味著相對(duì)于機(jī)床坐標(biāo)系下的編程來(lái)說(shuō)，在工件坐標(biāo)系下編程成為可能，甚至非常復(fù)雜的工件可以在不同運(yùn)動(dòng)特性的機(jī)床上加工制造，不需要特殊的后置處理器。必須的補(bǔ)償已經(jīng)在控制系統(tǒng)內(nèi)部計(jì)算，這確保機(jī)床可以在給定的進(jìn)給速度下運(yùn)行，機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)是唯一的影響因素。

　　另外，只有具有這個(gè)五軸轉(zhuǎn)換功能，刀具在折斷或出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，才可以安全退回。

　　五軸加工中心的校準(zhǔn)

　　通常情況下，一臺(tái)五軸機(jī)床的校準(zhǔn)需要花費(fèi)很多時(shí)間和金錢(qián)。SINUMERIK 840D集成了一個(gè)新的測(cè)量功能，這個(gè)功能只需要按下按鈕，不需要附加任何設(shè)備或軟件。這個(gè)新的測(cè)量循環(huán)——CYCLE996對(duì)于第一次測(cè)量和重新校準(zhǔn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性都非常適合。

　　SINUMERIK的測(cè)量循環(huán)已經(jīng)在實(shí)踐中經(jīng)過(guò)測(cè)試，結(jié)果證明非常可靠。它可以幫助修正在大體積零件裝夾時(shí)出現(xiàn)的很小的誤差，可以幫助在加工過(guò)程中控制刀具和零件在正確位置，保持整個(gè)加工過(guò)程的恒定控制。

　　另外，它可以很容易地使用測(cè)量循環(huán)和FRAME功能來(lái)補(bǔ)償零件裝卡時(shí)的誤差。這是通過(guò)在機(jī)床坐標(biāo)系內(nèi)測(cè)量3個(gè)測(cè)量點(diǎn)計(jì)算工件位置完成的。通過(guò)此功能，控制系統(tǒng)計(jì)算與理想位置的偏差能很快很容易地通過(guò)FRAME功能的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換來(lái)補(bǔ)償，可通過(guò)適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

大圓弧插補(bǔ)

　　對(duì)于銑削薄壁腔體，西門(mén)子已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種定向插補(bǔ)功能——大圓弧插補(bǔ)（ORIVECT），它使得圓柱形銑刀能夠相對(duì)于傾斜內(nèi)壁確定出正確的方向。該插補(bǔ)功能使單一旋轉(zhuǎn)軸的移動(dòng)和加工軌跡同步，刀具矢量在根據(jù)腔體內(nèi)壁定義的平面內(nèi)沿正確的方向移動(dòng)。這避免了常規(guī)的輪廓銑產(chǎn)生的圓錐輪廓誤差，意味著可以編程較長(zhǎng)的線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)并且不破壞圓錐輪廓。

　　光滑軌跡過(guò)渡

　　刀具矢量要沿著平滑表面運(yùn)動(dòng)，刀沿會(huì)在輪廓銑削軌跡過(guò)渡處出現(xiàn)問(wèn)題。如果它們不能符合加工要求，可以通過(guò)平滑軌跡過(guò)渡功能避免，從而獲得平滑的定向曲線(xiàn)。

　　在CAM系統(tǒng)中，通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)編程來(lái)描述無(wú)規(guī)則表面，這些點(diǎn)可以在集成了樣條壓縮器的控制系統(tǒng)中平滑輸出。控制系統(tǒng)在線(xiàn)性轉(zhuǎn)換中提供了B樣條和多項(xiàng)式2個(gè)選項(xiàng)功能。平滑過(guò)程也結(jié)合了具體刀具的可編程矢量設(shè)置，這就意味著工件表面輪廓速度與刀具中心點(diǎn)相關(guān)（TCP），所以在保證很好的表面加工質(zhì)量的基礎(chǔ)上獲得更高的軌跡轉(zhuǎn)換速度。

　　三維刀具半徑修正

　　這個(gè)功能可以在控制系統(tǒng)內(nèi)部在線(xiàn)計(jì)算刀具磨損，使得刀具可以重新修磨后繼續(xù)使用，而無(wú)需修改后置處理器設(shè)置。而且控制系統(tǒng)不需要任何關(guān)于被加工表面的附加信息來(lái)修正輪廓銑削加工，對(duì)于面銑，加工表面的法線(xiàn)方向、TCP和刀具方向矢量也是必需的。

　　FRAME概念允許在笛卡爾空間內(nèi)使用坐標(biāo)系的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、比例和鏡像等功能。FRAME與刀具轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)，這也使得復(fù)雜工件編程變得更加靈活。

　　方便的HSC控制

　　SINUMERIK提供了簡(jiǎn)便的默認(rèn)設(shè)置（HSC設(shè)置），用戶(hù)可以修改它以獲得最優(yōu)化的加工速度、空間精度和表面質(zhì)量。根據(jù)加工類(lèi)型（粗加工或精加工），它可以有選擇地設(shè)置壓縮器的公差帶、切削過(guò)渡類(lèi)型或JERK等級(jí)。

　　前饋和JERK限制

　　這個(gè)功能可以提前“看到”一定數(shù)量（可設(shè)定）的程序段，并且計(jì)算所有程序段的速度輪廓。通過(guò)設(shè)定程序段之間平滑、切線(xiàn)過(guò)渡，不會(huì)喪失速度，速度保持在極限速度。這個(gè)方法可以通過(guò)設(shè)定磨削過(guò)渡功能G64X來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　輪廓誤差會(huì)導(dǎo)致輪廓的扭曲。因?yàn)榧庸T性，刀具偏離理想輪廓導(dǎo)致輪廓誤差。由于SINUMERIK 840D的前饋功能可以使加工軌跡上的輪廓誤差減小為零。

　　如果機(jī)床運(yùn)動(dòng)帶有JERK限制，加速度將不會(huì)發(fā)生突變，只是線(xiàn)性增加。用這個(gè)方法，機(jī)床不會(huì)突然振動(dòng)，減少了機(jī)械磨損和破壞。

　　負(fù)載與加速度相關(guān)

　　對(duì)于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，控制系統(tǒng)可以自動(dòng)計(jì)算出相對(duì)于實(shí)際運(yùn)動(dòng)的工件重量、最優(yōu)的加速度和JERK。這樣，機(jī)床性能總能被控制在極限值上，獲得最大的生產(chǎn)力。

　　表面質(zhì)量隨時(shí)都會(huì)受到因加工過(guò)程強(qiáng)制或違背規(guī)則而產(chǎn)生的軸振動(dòng)的影響。對(duì)于大型機(jī)床，機(jī)械的影響是不可能完全避免的。校正動(dòng)作可以通過(guò)激活SINUMERIK 840D的振動(dòng)阻尼（“高級(jí)位置控制”，APC）結(jié)合驅(qū)動(dòng)SIMODRIVE 611D的Performance2型控制板來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　在齒輪機(jī)床上，電子直接驅(qū)動(dòng)正在日益替代傳統(tǒng)的軸和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由于材料硬度和材料去除量的不同而產(chǎn)生的不同應(yīng)力的負(fù)載沖擊在加工中增加了。他們會(huì)影響驅(qū)動(dòng)軸，導(dǎo)致軌跡的偏離。但對(duì)于西門(mén)子帶有“Dynamic Stiffness Control”功能的直接驅(qū)動(dòng)避免了這個(gè)問(wèn)題。在0.06ms的循環(huán)時(shí)間內(nèi)，DSC在驅(qū)動(dòng)內(nèi)部調(diào)整相對(duì)于理想軌跡的偏離，比傳統(tǒng)的過(guò)程還要快。因此，刀具可以在最大的進(jìn)給速度和切削力的情況下，保持理想編程軌跡。

　　SINUMERIK 840D在世界范圍內(nèi)是第一個(gè)用特殊算法來(lái)補(bǔ)償幾何殘留誤差的控制系統(tǒng)，可補(bǔ)償?shù)恼`差包括：

　　?線(xiàn)性位置偏離；
　　?導(dǎo)軌的垂直度；
　　?軸與軸之間的垂直度。

　　通常情況下，機(jī)床只能通過(guò)花費(fèi)大量費(fèi)用進(jìn)行機(jī)械測(cè)量來(lái)減小這些誤差。

結(jié)束語(yǔ)

　　西門(mén)子SINUMERIK 840D系統(tǒng)為五軸加工提供了獨(dú)一無(wú)二的性能和功能，尤其對(duì)于加工飛機(jī)上非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件和發(fā)動(dòng)機(jī)部件，為客戶(hù)帶來(lái)諸多好處，包括：

?簡(jiǎn)化編程；
?高柔性，因?yàn)橥籒C程序可以在不同運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的機(jī)床上使用；
?通過(guò)優(yōu)化運(yùn)動(dòng)控制，縮短的加工時(shí)間，在每一個(gè)環(huán)節(jié)節(jié)省成本；
?通過(guò)通用的補(bǔ)償功能，提高的空間精度和表面質(zhì)量。