圖1 針對五軸加工的30i和31i-a5系列cnc控制系統(tǒng)的新功能，可以改進(jìn)表面質(zhì)量，縮短加工時(shí)間，提高干涉防護(hù)水平并實(shí)現(xiàn)設(shè)備停機(jī)后的重新快速開機(jī)
計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（cnc）領(lǐng)域的發(fā)展使得工件的表面質(zhì)量更高、加工時(shí)間更短，同時(shí)也有利于增強(qiáng)干涉防護(hù)能力和停機(jī)后的快速重啟。
對加工精度、工件表面質(zhì)量和成本控制等方面的要求日益高漲，順應(yīng)這種趨勢，fanuc公司在emo2009展會(huì)上展出的30i-a和31i-a5系列的cnc控制系統(tǒng)，就可以為機(jī)床制造廠商和機(jī)床用戶帶來實(shí)實(shí)在在的好處。這些針對五軸加工的新功能可以改進(jìn)工件表面質(zhì)量，縮短加工時(shí)間，提高干涉防護(hù)水平并實(shí)現(xiàn)設(shè)備停機(jī)后的重新快速開機(jī)（圖1）。
五軸同步加工的軟件功能
在這方面，控制系統(tǒng)制造商可提供品種繁多的五軸同步加工軟件功能。這些功能都顯著提高了加工效率。這些功能有刀具長度補(bǔ)償、刀具糾偏、刀具半徑補(bǔ)償和切割點(diǎn)補(bǔ)償?shù)?。此外，還有smooth tcp和high-speed smooth tcp等功能。其中，smooth tcp功能以tool center point為基礎(chǔ)，對刀具調(diào)節(jié)中的偏差進(jìn)行補(bǔ)償。另外，smooth tcp還可忽略刀具中點(diǎn)位置的冗余指令。high-speed smooth tcp功能可以用于現(xiàn)有的程序中，它含有刀具方向補(bǔ)償功能，以達(dá)到側(cè)面加工時(shí)的均勻運(yùn)動(dòng)。采用這兩種功能，可以獲得更好的表面質(zhì)量和更短的加工時(shí)間。
針對斜面加工（“3+2”軸加工）場合，開發(fā)出了一種稱為guidance-screen（引導(dǎo)屏）的技術(shù)。通過這種屏幕，設(shè)備操作人員可以獲得圖形支持，并可通過對話，索取所需的程序。據(jù)制造廠商稱，操作人員可以在下列不同方式之間進(jìn)行選擇：歐拉角度，“滾動(dòng)，傾斜和偏離”（rpy），空間三點(diǎn)，兩個(gè)矢量，角投影或刀具軸的方向等。
為了獲得更好的加工效果，針對五軸加工場合，有各種不同的輔助功能可供選用。在這些不同的輔助功能中，有些是新開發(fā)的功能，有些是改進(jìn)型功能。例如，對“3d interference check”（3d干涉檢查）防干涉功能加以改進(jìn)，對五軸加工的“quick-program-restart”（快速程序重啟）功能進(jìn)行了研發(fā)。這個(gè)功能可以使設(shè)備在停機(jī)（如刀具斷裂或停電）之后快速重啟。屏幕上相應(yīng)的信息可以幫助設(shè)備操作者重新啟動(dòng)程序，而加工作業(yè)還能從停機(jī)前的位置繼續(xù)進(jìn)行。
圖2 對于30i和31i-a5系列cnc系統(tǒng)來說，“旋轉(zhuǎn)3d誤差補(bǔ)償”功能為設(shè)備的幾何外形錯(cuò)誤提供了矯正功能
旋轉(zhuǎn)3d誤差補(bǔ)償提高加工精度
對于30i和31i-a5系列cnc系統(tǒng)來說，“旋轉(zhuǎn)3d誤差補(bǔ)償”功能為一種設(shè)備幾何外形錯(cuò)誤提供了矯正功能（圖2）。與目前大多數(shù)參照一根直線軸的補(bǔ)償方法相反，旋轉(zhuǎn)3d誤差補(bǔ)償功能可以對整個(gè)設(shè)備空間的3d測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。由于這種功能也可以參照旋轉(zhuǎn)軸，因此很適合用于五軸設(shè)備。其結(jié)果是對設(shè)備動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行誤差補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)更高的加工精度。
沒有任何機(jī)床是無缺的，所有的軸都會(huì)以不同的方式出現(xiàn)誤差：一個(gè)典型的例子便是主軸斜率誤差。如果軸很長，或很高的上部構(gòu)件發(fā)生傾斜的話，則會(huì)發(fā)生一定的撓曲。現(xiàn)代cnc機(jī)床應(yīng)該通過其補(bǔ)償功能（例如fanuc公司的傾斜誤差補(bǔ)償?shù)龋┛朔`差。但是，這種補(bǔ)償應(yīng)該是針對各軸分別進(jìn)行的。其他一些小的錯(cuò)誤和誤差，如軸之間輕微的角度偏差和輕微的扭動(dòng)等，則不涉及其中。
為了zui大限度降低幾何外形偏差，用戶可以采用其cam系統(tǒng)。在nc程序計(jì)算之前，可以在設(shè)備配置方面進(jìn)行糾錯(cuò)，然后再納入程序中。但是，這也意味著承受較高的編程費(fèi)用和此類nc程序在未重新匹配的情況下無法用于其他設(shè)備的缺陷。
采用旋轉(zhuǎn)3d誤差補(bǔ)償功能，可以在空間上對此類軸誤差進(jìn)行補(bǔ)償。但前提條件是要對設(shè)備和軸進(jìn)行準(zhǔn)確的空間測量。由于這項(xiàng)工作牽涉到可觀的費(fèi)用，所以迄今為止，很多用戶都沒有這樣做。
通過一種新的方法，可以減輕這種空間測量工作的難度。因此，fanuc公司近年來已經(jīng)制定并擴(kuò)展了3d糾偏的可行功能。由此，用戶可以選擇可行的旋轉(zhuǎn)3d糾偏功能，不僅可針對線性軸，也同時(shí)可針對圓軸。通過cam軟件的補(bǔ)償即變成了多余。在對設(shè)備進(jìn)行測量和植入數(shù)據(jù)之后，控制系統(tǒng)即自動(dòng)開始檢測所有軸上的線性偏差。此時(shí)，不僅tool center point（刀具中點(diǎn)）可以得到補(bǔ)償，同時(shí)旋轉(zhuǎn)軸也可得到糾正。例如，若刀具與工件之間的角度偏差大約15的話，則300mm孔的上部開口應(yīng)比下部開口大約8μm。在進(jìn)行精密的深孔鉆加工時(shí)，不應(yīng)該忽視這種誤差。糾偏結(jié)果要視設(shè)備的測量結(jié)果和設(shè)備的機(jī)械性能而定。根據(jù)控制系統(tǒng)廠商介紹，這樣的糾偏無疑會(huì)獲得更高的精度，因?yàn)樵O(shè)備的幾何外形誤差得到了補(bǔ)償。試驗(yàn)結(jié)果表明，定位度平均提高了兩倍。