隨著中國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展，模具加工所要求的加工精度、表面質(zhì)量和加工效率也越來(lái)越高。要加工出高質(zhì)量的模具．必須有適于模具加工特性且具有高效率的數(shù)控機(jī)床。而卓越的高速加工功能、五軸聯(lián)動(dòng)加工功能和友好的人機(jī)界面是該類機(jī)床所追求的目標(biāo)。

　　機(jī)床要滿足高的性能要求，需要從下列各個(gè)方面入手：(1)機(jī)床機(jī)械設(shè)計(jì)：機(jī)械高剛性，運(yùn)動(dòng)部件低質(zhì)量；(2)進(jìn)給設(shè)計(jì)：高的加速能力和大的速度控制范圍能力；(3)主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)：高軸速度、低得不均勻性和好的速度穩(wěn)定性；(4)刀具：適于高速加工要求；(5)數(shù)控系統(tǒng)和測(cè)量反饋等。

　　海德漢公司是一家擁有一百多年歷史的專門生產(chǎn)高精密測(cè)量元件和數(shù)控系統(tǒng)的跨國(guó)集團(tuán)公司。所生產(chǎn)的高性能數(shù)控系統(tǒng)和測(cè)量反饋元件在模具加工和高精密加工領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。左圖為海德漢公司提供的在高性能機(jī)床上使用的整套數(shù)控系統(tǒng)和測(cè)量反饋元件。

iTNC 530系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　硬件設(shè)計(jì)的好壞決定控制系統(tǒng)能否適合于高速、高精以及高表面質(zhì)量加工。iTNC 530采用全新的微處理器結(jié)構(gòu)，具有非常強(qiáng)大的計(jì)算能力。iTNC 530控制系統(tǒng)具有可控制達(dá)1 2軸．控制器本身包含了主機(jī)單元(MC)和控制單元(CC)兩個(gè)部分：

　　主機(jī)單元(MC)采用了奔騰111-800芯片，1 33MHz總線頻率，這是進(jìn)行所有計(jì)算、屏幕顯示和數(shù)據(jù)通訊的的保證。iTNC530所有的實(shí)時(shí)任務(wù)均在自己開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(HEROS)下完成．而且海德漢也可提供帶雙處理器的主計(jì)算機(jī)．它既可以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)計(jì)算和穩(wěn)定性能．同時(shí)又能滿足用戶對(duì)Windows應(yīng)用程序的需求。同時(shí)主機(jī)單元中的存儲(chǔ)是通過(guò)容量達(dá)30G的硬盤實(shí)現(xiàn)的．這對(duì)復(fù)雜模具加工提供了充足的存儲(chǔ)空間。主機(jī)單元帶有各類數(shù)據(jù)通訊接口(Ethemet／RS232／RS422／uSB等)，所配備的快速以太網(wǎng)通信接口能以100Mbit／s的速率傳輸程序數(shù)據(jù)。

　　控制單元(CC)最新的設(shè)計(jì)中集成了控制系統(tǒng)的所有伺服控制回路(位置環(huán)／速度環(huán)／電流環(huán))，所有的伺服計(jì)算都在DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)中完成。從而測(cè)量元件的反饋均集成在控制單元上．包含位置反饋和速度反饋。其優(yōu)勢(shì)在于：保證伺服計(jì)算快速和實(shí)時(shí)要求．減小各伺服回路周期．減少各個(gè)回路間的通訊延遲，可在位置回路實(shí)現(xiàn)高增益，實(shí)現(xiàn)高速和高表面質(zhì)量加工，并可很好地控制直接驅(qū)動(dòng)(直線電機(jī)和力矩電機(jī))。

　　驅(qū)動(dòng)配套：海德漢公司可以根據(jù)需要提供全套的iTNC 530數(shù)控系統(tǒng)．包括變頻器模塊、電源模塊和伺服電機(jī)及主軸電機(jī)。同時(shí)，海德漢數(shù)控系統(tǒng)還具有很好的開(kāi)放性能．能夠連接第三方的變頻器或電機(jī)，從組成全套系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)。由于iTNC 530特殊的控制單元設(shè)計(jì)，所有的伺服運(yùn)動(dòng)控制均在控制單元中實(shí)現(xiàn)，其輸出為數(shù)字PWM信號(hào)，因而后續(xù)的變頻器其主要為運(yùn)算放大功能。

　　良好的伺服控制和高速控制能力針對(duì)復(fù)雜的曲面，如果要實(shí)現(xiàn)高速、高精和高表面質(zhì)量加工，在具備良好的硬件基礎(chǔ)上控制系統(tǒng)軟件也必須具有好的伺服性能及高速控制能力．下圖為高速加工機(jī)床所加工的典型零件。以下幾點(diǎn)為高性能加工機(jī)床控制系統(tǒng)所需的一些特性：

　　(1)全數(shù)字驅(qū)動(dòng)技術(shù)。在強(qiáng)大硬件的支持下，iTNC530采用了全數(shù)字化技術(shù)。其位置控制器、速度控制器和電流控制器全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。數(shù)字電機(jī)控制技術(shù)能獲得非常高的進(jìn)給速率。iTNC 530在同時(shí)插補(bǔ)多達(dá)5軸時(shí)，還能使轉(zhuǎn)速高達(dá)40000 rpm的數(shù)控主軸達(dá)到要求的切削速度。

　　(2)程序段處理速度快。先進(jìn)的前饋伺服技術(shù)越來(lái)越多地將程序段處理放在后臺(tái)執(zhí)行。即使如此，對(duì)有些加工任務(wù)，快速處理程序段仍是獲得理想加工效果的最佳方法，例如進(jìn)行高精度輪廓加工。iTNC 530具有理想的程序段處理速度性能，實(shí)現(xiàn)短的程序段處理時(shí)間(05ms)和短的各控制回路周期(位置環(huán)周期為100ms)以及各類插補(bǔ)(直線／圓?。菪€／樣條)。

　　(3)輪廓精度高。iTNC 530還具有1024段(可通過(guò)機(jī)床參數(shù)設(shè)置)預(yù)讀功能。”預(yù)讀“功能能預(yù)測(cè)方向的未來(lái)變化，來(lái)調(diào)整運(yùn)動(dòng)速度使之符合編程表面要求。當(dāng)?shù)毒咔腥牍ぜr(shí)．iTNC 530可以根據(jù)需要自動(dòng)降低進(jìn)給速率，因此您在編程進(jìn)給速率時(shí)只需用最高加工速度，iTNC530能自動(dòng)根據(jù)工件輪廓調(diào)整實(shí)際速度．節(jié)省)JDq-時(shí)間。內(nèi)置的過(guò)濾器能顯著抑制各機(jī)床的國(guó)有頻率．同時(shí)保證所需的表面精度。同時(shí)．iTNC 530可實(shí)現(xiàn)各種誤差補(bǔ)償，包括線性和非線性軸誤差、反向間隙、圓周運(yùn)動(dòng)的方向尖角．熱膨脹及粘滯摩擦。

　　(4)在保證精度的情況下實(shí)現(xiàn)高速加工。高速切削代表著快速和高效地銑輪廓。數(shù)控系統(tǒng)必須能快速傳輸大量數(shù)據(jù)．允許高效編輯長(zhǎng)程序并使)j口q-出的工件具有理想輪廓

　　(5)加加速控制(Jerk)。要機(jī)床具備良好的加減速功能，必須要保持合理的加加速。如果加加速過(guò)大(突變)．可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)加速，但同時(shí)會(huì)造成機(jī)床的振動(dòng)，從而使所加工表面出現(xiàn)條紋．降低了表面)]lq-質(zhì)量；如果加加速過(guò)?。梢詫?shí)現(xiàn)高的表面質(zhì)量，但很難實(shí)現(xiàn)快加速功能。因此，如何保證高速和高表面質(zhì)量非常重要。iTNC 530系統(tǒng)采用限制加加速值并利用過(guò)濾器對(duì)加加速度進(jìn)行了光滑處理來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能。通過(guò)該功能的使用既可以減少加工中由于加加速突變而產(chǎn)生的機(jī)床振動(dòng)而實(shí)現(xiàn)高表面質(zhì)量加工．同時(shí)又能達(dá)到機(jī)床良好的加減速性能。

　　(6)名義位置過(guò)濾器。在控制系統(tǒng)執(zhí)行完插補(bǔ)功能以后，產(chǎn)生名義位置值提供給后續(xù)的位置回路。大家知道．實(shí)現(xiàn)高速、高精和高表面質(zhì)量要求與很多因素相關(guān)，尤其是機(jī)床本身的動(dòng)態(tài)性能。iTNC 530系統(tǒng)提供了不同類型的內(nèi)置的名義位置過(guò)濾器．比如單過(guò)濾器(Standard fiIter)．雙過(guò)濾器(Expanded fiIter)和高速過(guò)濾器(HSC fiIter)。系統(tǒng)可根據(jù)用戶的不同需求和機(jī)床本身的動(dòng)態(tài)性能確定采用哪種過(guò)濾器．它可通過(guò)設(shè)置不同的參數(shù)完成。，當(dāng)然，為盡可能地充分發(fā)揮機(jī)床本身的動(dòng)態(tài)性能，海德漢公司提供了一系列調(diào)試工具，可以方便各機(jī)床制造商進(jìn)行調(diào)試。下圖為iTNC 530系統(tǒng)控制下的輪廓高速加工實(shí)例。