SINUMERIK 840D西門子系統(tǒng)五軸加工中心應(yīng)用

西門子SINUMERIK 840D系統(tǒng)為五軸加工提供了*的性能和功能，尤其對于加工飛機上非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件和發(fā)動機部件，為客戶帶來諸多好處。

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

　　通過銑削完成的高質(zhì)量發(fā)動機部件，例如葉盤的數(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。

　　通過五軸銑削可以獲得非常高的加工效率，是很*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、運動控制和補償?shù)裙δ?，另外還要有高性能的硬件。這些功能能夠簡化用戶加工過程，在整個加工過程中有效地指導(dǎo)用戶進(jìn)行操作，并且在在特殊的加工任務(wù)中可以優(yōu)化運動控制?？紤]到機床速度和加速度對加工表面的影響，我們可以通過特殊控制和驅(qū)動功能來提高速度和加速度值。

　　五軸加工功能

　　事實上，通過數(shù)控系統(tǒng)來控制五軸機床的運動是非常必要的。盡管在一些案例中，需要旋轉(zhuǎn)工作臺，而在另外一些案例中，工作臺。但這些基本原理的差異對于SINUMERIK 840D*不是問題，這要歸功于它集成的五軸轉(zhuǎn)換功能(TRAORI)。這意味著相對于機床坐標(biāo)系下的編程來說，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動特性的機床上加工制造，不需要特殊的后置處理器。必須的補償已經(jīng)在控制系統(tǒng)內(nèi)部計算，這確保機床可以在給定的進(jìn)給速度下運行，機床的機械結(jié)構(gòu)是*的影響因素。

　　另外，只有具有這個五軸轉(zhuǎn)換功能，刀具在折斷或出現(xiàn)問題時，才可以安全退回。

　　　五軸加工中心的校準(zhǔn)

　　通常情況下，一臺五軸機床的校準(zhǔn)需要花費很多時間和金錢。SINUMERIK 840D集成了一個新的測量功能，這個功能只需要按下按鈕，不需要附加任何設(shè)備或軟件。這個新的測量循環(huán)——CYCLE996對于*次測量和重新校準(zhǔn)機床運動特性都非常適合。

　　SINUMERIK的測量循環(huán)已經(jīng)在實踐中經(jīng)過測試，結(jié)果證明非?？煽?。它可以幫助修正在大體積零件裝夾時出現(xiàn)的很小的誤差，可以幫助在加工過程中控制刀具和零件在正確位置，保持整個加工過程的恒定控制。

　　另外，它可以很容易地使用測量循環(huán)和FRAME功能來補償零件裝卡時的誤差。這是通過在機床坐標(biāo)系內(nèi)測量3個測量點計算工件位置完成的。通過此功能，控制系統(tǒng)計算與理想位置的偏差能很快很容易地通過FRAME功能的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換來補償，可通過適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系移動和旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。

　　大圓弧插補

　　對于銑削薄壁腔體，西門子已經(jīng)開發(fā)出了一種定向插補功能——大圓弧插補(ORIVECT)，它使得圓柱形銑刀能夠相對于傾斜內(nèi)壁確定出正確的方向。該插補功能使單一旋轉(zhuǎn)軸的移動和加工軌跡同步，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。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的線性運動并且不破壞圓錐輪廓。

　　光滑軌跡過渡

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

　　在CAM系統(tǒng)中，通過點對點編程來描述無規(guī)則表面，這些點可以在集成了樣條壓縮器的控制系統(tǒng)中平滑輸出?？刂葡到y(tǒng)在線性轉(zhuǎn)換中提供了B樣條和多項式2個選項功能。平滑過程也結(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

　　這個功能可以在控制系統(tǒng)內(nèi)部在線計算刀具磨損，使得刀具可以重新修磨后繼續(xù)使用，而無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修正輪廓銑削加工，對于面銑，加工表面的法線方向、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、旋轉(zhuǎn)、比例和鏡像等功能。FRAME與刀具轉(zhuǎn)動相關(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提供了簡便的默認(rèn)設(shè)置(HSC設(shè)置)，用戶可以修改它以獲得*化的加工速度、空間精度和表面質(zhì)量。根據(jù)加工類型(粗加工或精加工)，它可以有選擇地設(shè)置壓縮器的公差帶、切削過渡類型或JERK等級。

　　前饋和JERK限制

　　這個功能可以提前“看到”一定數(shù)量(可設(shè)定)的程序段，并且計算所有程序段的速度輪廓。通過設(shè)定程序段之間平滑、切線過渡，不會喪失速度，速度保持在極限速度。這個方法可以通過設(shè)定磨削過渡功能G64X來實現(xiàn)。

　　輪廓誤差會導(dǎo)致輪廓的扭曲。因為加工慣性，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。

　　如果機床運動帶有JERK限制，加速度將不會發(fā)生突變，只是線性增加。用這個方法，機床不會突然振動，減少了機械磨損和破壞。

　　負(fù)載與加速度相關(guān)

　　對于工作臺的運動，控制系統(tǒng)可以自動計算出相對于實際運動的工件重量、*的加速度和JERK。這樣，機床性能總能被控制在極限值上，獲得zui大的生產(chǎn)力。

　　表面質(zhì)量隨時都會受到因加工過程強制或違背規(guī)則而產(chǎn)生的軸振動的影響。對于大型機床，機械的影響是不可能*避免的。校正動作可以通過激活SINUMERIK 840D的振動阻尼(“位置控制”，APC)結(jié)合驅(qū)動SIMODRIVE 611D的Performance2型控制板來實現(xiàn)。

　　在齒輪機床上，電子直接驅(qū)動正在日益替代傳統(tǒng)的軸和驅(qū)動系統(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。他們會影響驅(qū)動軸，導(dǎo)致軌跡的偏離。但對于西門子帶有“Dynamic Stiffness Control”功能的直接驅(qū)動避免了這個問題。在0.06ms的循環(huán)時間內(nèi)，DSC在驅(qū)動內(nèi)部調(diào)整相對于理想軌跡的偏離，比傳統(tǒng)的過程還要快。因此，刀具可以在zui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*個用特殊算法來補償幾何殘留誤差的控制系統(tǒng)，可補償?shù)恼`差包括：

　　•線性位置偏離;

　　•導(dǎo)軌的垂直度;

　　•軸與軸之間的垂直度。

　　通常情況下，機床只能通過花費大量費用進(jìn)行機械測量來減小這些誤差。

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