數控系統加減速控制功能對精度的影響

張仁科

數控系統加減速控制功能對汽車模具加工精度的影響很大。保證機床運動平穩的前提下，實現以過渡過程時間最短為目標的最優加減速控制規律能使機床更好地滿足高精度加工要求，特別是在高速加工中，加減速功能顯得尤為重要。

隨著中國汽車工業的發展，汽車模具加工所要求的加工精度、表面質量和加工效率越來越高。要加工出高質量的模具，必須有適于模具加工特性的高效數控機床。當然，先進的數控系統是保證汽車模具復雜曲面高速加工質量和效率的關鍵因素，其中，加減速控制是數控系統插補器的重要組成部分。

加減速控制功能的重要作用

數控系統加減速控制功能是指數控系統有程序預讀功能——能“預測”加工方向的未來變化并調整運動速度使之符合編程表面要求；在被加工表面形狀（曲率）發生變化時及時采取改變進給速度等措施以避免過切；當刀具切入工件時，數控系統可以根據需要自動降低進給速率……因此，數控系統加減速控制功能可使工程師在編程進給速率時只需用最高加工速度，數控系統能自動根據工件輪廓調整實際速度，可大大節省加工時間，同時，內置的過濾器能顯著抑制各機床的固有頻率，能夠更好地保證所需的表面精度，除此之外，有些數控系統還可以實現各種誤差補償，包括線性和非線性軸誤差、反向間隙、圓周運動的方向尖角、熱膨脹及粘滯摩擦等。

最優的加減速控制規律能使機床更好地滿足高精度加工要求，特別是在高速加工中，加減速控制功能就顯得尤為重要——在 CNC裝置中，為了保證機床在起動或停止時不產生沖擊、失步、超程或振蕩，必須對進給電機的脈沖頻率或電壓進行加減速控制，即在機床加速起動時保證加在伺服電機上的脈沖頻率或電壓逐漸增加，而當機床減速停止時保證加在伺服電機上的脈沖頻率或電壓逐漸減小。

加減速控制功能與加工精度

由于汽車模具的曲面形狀復雜、曲率變化較大，在加工過程中，數控系統的加減速控制功能是影響模具質量的重要因素之一，因此，編程人員除了按模具輪廓編制NC程序外，還必須了解所用數控機床的數控系統是否具有加減速控制功能。

對于沒有加減速控制功能的數控系統（如FANUC 0M），在NC程序處理時，對于輪廓的拐角處，加工速度要根據曲面的曲率變化而有所變化，這樣不至于在拐角處產生過切和欠切。

對于有加減速控制功能的數控機床，在加工模具時一定要打開這個功能（有的數控機床用指令打開，有的用設置機床參數打開），否則加減速控制功能無效。

下面筆者以加工車頂模具為例來說明數控系統加減速功能對模具加工精度的影響。

圖1所示為在OKUMA機床上加工車頂模具時出現的過切現象，同樣地，我們在控制系統是FANUC 0M的機床上加工其他模具時也出現過類似的過切現象。

出現這種過切的原因有兩種：

第一，在OKUNMA機床上加工模具，機床控制系統是OSP-U100M，該控制系統具有加減速控制功能，但打開機床的加減速控制功能需要設置EXECUTION MODE和MACHINING MODE兩個參數，由于操作人員沒有打開加減速功能，導致在加工過程中出現過切。

第二，在控制系統為FANUC 0M的數控機床上加工模具，出現圖1所示的過切原因是由于FANUC 0M系統本身沒有加減速控制功能，NC程序的編制也沒有考慮在曲面的曲率變化處改變加工速度，加工過程中機床以程序中給定的恒定進給速度進行加工，當加工曲面的曲率發生變化時，機床加工速度不能跟隨加工輪廓的變化而變化。

圖2所示的就是在OKUMA機床上打開加減速功能之后加工車頂模具的情況。

編制NC程序需要考慮的因素

現在高速銑數控機床一般都配有具有加減速控制功能的數控系統，所以在高速銑數控機床上編制汽車模具加工程序時，可以不考慮曲率變化時的速度變化，而只需要考慮適合高速切削的加工走刀方式、專門的CAD/CAM編程策略、優化的高速加工參數。這種機床數控系統可預先閱讀和檢查多個程序段，如DMG某機床有多達500個程序段，iTNC 530具有1024段（可通過機床參數設置）預讀功能，Simens系統可達1000～2000個程序段，當汽車模具輪廓的曲率發生變化時，機床加工速度能跟隨加工輪廓的變化而變化。

數控加工的目標是實現高精度、高效率的加工，一方面要求數控機床反應快，各座標運動部件能在極短的時間內達到給定的速度，并能在高速運行中快速準確地停止在預定位置，縮短準備時間，另一方面要求加工過程運動平穩，沖擊小，因此，保證在機床運動平穩的前提下，實現以過渡過程時間最短為目標的最優加減速控制規律能使機床更好地滿足高精度加工要求。

作者簡介

張仁科（1981年3月11日），男，漢族，遼寧省大連市，大連現代輔機開發制造有限公司，電氣工程師，學士學位，主要從事機床電氣設計工作，（電話）13889572759（E-mail）ZRK099@163.com。

（作者單位：大連現代輔機開發制造有限公司）