西安東風(fēng)儀表廠 劉一博 牛 龍

數(shù)控操作系統(tǒng)，從誕生之日起到現(xiàn)在，一直在改進(jìn)、升級(jí)、完善細(xì)節(jié)，功能越來越復(fù)雜、強(qiáng)大。數(shù)控設(shè)備是硬件跟軟件相互配合、相互制約的對(duì)立、互補(bǔ)關(guān)系。發(fā)展到現(xiàn)在，設(shè)備硬件已經(jīng)很精密了，操作系統(tǒng)也更新了很多。但是隨著加工要求的提高，對(duì)硬件、軟件也提出了更高的要求。

案例一

一個(gè)直徑1 200mm的拋物面天線板，表面粗糙度要求非常高，達(dá)到鏡面要求，工件自然狀態(tài)下變形不超過0.02mm，直線光源反射到10m外，光斑直徑不能超過10mm。表面粗糙度Ra=0.014μm，這個(gè)零件的加工，對(duì)設(shè)備提出了更高的要求。程序需要連續(xù)運(yùn)行72h以上，中間不能有停頓，不可更換刀具，不可有接刀痕跡。要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，只有一次加工完成，表面才不會(huì)產(chǎn)生瑕疵，保證表面粗糙度。

實(shí)際加工過程中，在某國產(chǎn)設(shè)備上運(yùn)行加工，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，工件表面中間有兩個(gè)粗糙的刀路痕跡，長度200～300mm，對(duì)于此零件來說，是不允許的。

1.分析原因

逐項(xiàng)排除產(chǎn)生問題可能的因素：

（1）刀具原因。加工的余量是0.1mm，刀具是金剛石，加工對(duì)象是超硬鋁，切削性能良好，不會(huì)因?yàn)榈毒吣p產(chǎn)生痕跡。

（2）傳輸問題。此程序體積有100MB，需要在線加工，需步距均勻，每秒鐘運(yùn)行的程序數(shù)量變化不太大，就是說傳輸程序（通信）的速率波動(dòng)不大，不會(huì)因?yàn)閭鬏敵绦蜓舆t而機(jī)床“卡殼”。

數(shù)據(jù)速率低于機(jī)床運(yùn)行程序的需求，存在等候新數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)機(jī)床呆滯，反映遲鈍。當(dāng)機(jī)床的控制系統(tǒng)不能將數(shù)據(jù)再次處理，直接發(fā)給機(jī)床的伺服電動(dòng)機(jī)，機(jī)床就可能出現(xiàn)失步現(xiàn)象，（控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)計(jì)算）處理器速度要高于機(jī)床的伺服電動(dòng)機(jī)需求，避免修補(bǔ)現(xiàn)象的發(fā)生。對(duì)此不僅要處理好計(jì)算機(jī)與機(jī)床的波特率（傳輸速率）問題，還要改進(jìn)算法，讓通信智能化，自動(dòng)預(yù)測、反饋、調(diào)整、適應(yīng)機(jī)床的數(shù)據(jù)需求。

（3）機(jī)床精度保持性。因長時(shí)間運(yùn)行程序，機(jī)床的精度保持性可能有問題。零件在兩臺(tái)不同的設(shè)備加工，工藝方法、刀具、程序都沒有變，產(chǎn)生刀痕的地方不同，似乎帶有隨機(jī)性，其相似處都是在運(yùn)行的后期，也就是已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行了三四十個(gè)小時(shí)后出現(xiàn)的問題。那就是說要解決機(jī)床本身的精度問題，在單位小時(shí)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)精度。

2.系統(tǒng)和機(jī)床要更好的配合

零件加工需要機(jī)床連續(xù)工作70～80h，對(duì)于體積更大的零件，則需要更長的加工時(shí)間，如此對(duì)設(shè)備在整個(gè)的加工期間穩(wěn)定性和精度保持性提出了更高的要求。

機(jī)床的硬件（機(jī)床本身、驅(qū)動(dòng)）可靠性非常高，操作系統(tǒng)現(xiàn)發(fā)展的比較成熟，他們之間的配合（機(jī)床參數(shù)設(shè)置）需要更好的彼此適應(yīng)，此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)開放性就顯得很重要，只有它們良好地配合，才能生產(chǎn)出更大更精密的零件。

案例二

某一復(fù)雜外形零件，輪廓是一個(gè)復(fù)雜的方程式，工件對(duì)線型的誤差要求高，誤差不可超過0.005mm，機(jī)床運(yùn)行加工程序后發(fā)現(xiàn)，走刀進(jìn)給達(dá)到某個(gè)值后，不可能繼續(xù)提高，速度可以降低，不可提升。

1.分析原因

程序線性軟件分析是光滑正確的，控制速度的指令只有一個(gè)，可以排除程序數(shù)據(jù)自身問題。監(jiān)控機(jī)床程序執(zhí)行時(shí)發(fā)現(xiàn)，程序快速上翻，機(jī)床處理器需要1s處理大量的數(shù)據(jù)。程序生產(chǎn)時(shí)為保證精度，把曲線分割成細(xì)小的線段，如此1mm線段，程序有20～30行代碼（句），處理器需要處理更多的數(shù)據(jù)，機(jī)床嚴(yán)格按照指令逐條執(zhí)行，指令起始點(diǎn)位置需要加減速度，當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)機(jī)床需要執(zhí)行大量指令（到達(dá)某個(gè)極限值），機(jī)床會(huì)遲鈍反映不過來。運(yùn)行這樣的程序，處理器需要更強(qiáng)大的處理能力。

2.處理能力響應(yīng)速度

對(duì)于某些特殊要求的程序，單位時(shí)間處理器執(zhí)行大量數(shù)據(jù)，機(jī)床運(yùn)行大量指令問題，機(jī)床不可遲滯、自動(dòng)降低速度。

比較新的操作系統(tǒng)里，都有程序“前窺”，或者叫“預(yù)讀”功能，提前讀入要順序執(zhí)行的指令預(yù)。預(yù)處理指令是指分析將要執(zhí)行的指令刀路，軌跡線的曲率變化，智能推測需要加減速度的地方，對(duì)于三軸、尤其五軸聯(lián)動(dòng)刀路預(yù)測非常重要，可以使機(jī)床運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)，流暢。甚至可以簡化、合并、優(yōu)化程序，內(nèi)部對(duì)程序二次修改，這些要求類似于CAM軟件的刀路算法。

結(jié)語

數(shù)控設(shè)備在實(shí)際使用過程中，會(huì)有各種各樣的問題，剔除人為操作失誤因素，就很容易發(fā)現(xiàn)機(jī)床的問題，這又要分析是設(shè)備硬件問題，還是操作系統(tǒng)問題，或者驅(qū)動(dòng)問題。上面兩則案例都可以證明，跟機(jī)床的控制系統(tǒng)有關(guān)。所以就需要對(duì)現(xiàn)有的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行更為高級(jí)的改進(jìn)，盡可能地滿足零件的加工需求。