西安東風儀表廠 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、升級、完善細節(jié)，功能越來越復雜、強大。數(shù)控設備是硬件跟軟件相互配合、相互制約的對立、互補關系。發(fā)展到現(xiàn)在，設備硬件已經(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，對硬件、軟件也提出了更高的要求。

案例一

一個直徑1 200mm的拋物面天線板，表面粗糙度要求非常高，達到鏡面要求，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，這個零件的加工，對設備提出了更高的要求。程序需要連續(xù)運行72h以上，中間不能有停頓，不可更換刀具，不可有接刀痕跡。要達到設計要求，只有一次加工完成，表面才不會產生瑕疵，保證表面粗糙度。

實際加工過程中，在某國產設備上運行加工，結果發(fā)現(xiàn)，工件表面中間有兩個粗糙的刀路痕跡，長度200～300mm，對于此零件來說，是不允許的。

1.分析原因

逐項排除產生問題可能的因素：

（1）刀具原因。加工的余量是0.1mm，刀具是金剛石，加工對象是超硬鋁，切削性能良好，不會因為刀具磨損產生痕跡。

（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）的速率波動不大，不會因為傳輸程序延遲而機床“卡殼”。

數(shù)據(jù)速率低于機床運行程序的需求，存在等候新數(shù)據(jù)時，就會出現(xiàn)機床呆滯，反映遲鈍。當機床的控制系統(tǒng)不能將數(shù)據(jù)再次處理，直接發(fā)給機床的伺服電動機，機床就可能出現(xiàn)失步現(xiàn)象，（控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)計算）處理器速度要高于機床的伺服電動機需求，避免修補現(xiàn)象的發(fā)生。對此不僅要處理好計算機與機床的波特率（傳輸速率）問題，還要改進算法，讓通信智能化，自動預測、反饋、調整、適應機床的數(shù)據(jù)需求。

（3）機床精度保持性。因長時間運行程序，機床的精度保持性可能有問題。零件在兩臺不同的設備加工，工藝方法、刀具、程序都沒有變，產生刀痕的地方不同，似乎帶有隨機性，其相似處都是在運行的后期，也就是已經(jīng)連續(xù)運行了三四十個小時后出現(xiàn)的問題。那就是說要解決機床本身的精度問題，在單位小時內的運動精度。

2.系統(tǒng)和機床要更好的配合

零件加工需要機床連續(xù)工作70～80h，對于體積更大的零件，則需要更長的加工時間，如此對設備在整個的加工期間穩(wěn)定性和精度保持性提出了更高的要求。

機床的硬件（機床本身、驅動）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（機床參數(shù)設置）需要更好的彼此適應，此時數(shù)控系統(tǒng)開放性就顯得很重要，只有它們良好地配合，才能生產出更大更精密的零件。

案例二

某一復雜外形零件，輪廓是一個復雜的方程式，工件對線型的誤差要求高，誤差不可超過0.005mm，機床運行加工程序后發(fā)現(xiàn)，走刀進給達到某個值后，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，可以排除程序數(shù)據(jù)自身問題。監(jiān)控機床程序執(zhí)行時發(fā)現(xiàn)，程序快速上翻，機床處理器需要1s處理大量的數(shù)據(jù)。程序生產時為保證精度，把曲線分割成細小的線段，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)，機床嚴格按照指令逐條執(zhí)行，指令起始點位置需要加減速度，當單位時間內機床需要執(zhí)行大量指令（到達某個極限值），機床會遲鈍反映不過來。運行這樣的程序，處理器需要更強大的處理能力。

2.處理能力響應速度

對于某些特殊要求的程序，單位時間處理器執(zhí)行大量數(shù)據(jù)，機床運行大量指令問題，機床不可遲滯、自動降低速度。

比較新的操作系統(tǒng)里，都有程序“前窺”，或者叫“預讀”功能，提前讀入要順序執(zhí)行的指令預。預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，對于三軸、尤其五軸聯(lián)動刀路預測非常重要，可以使機床運動更加平穩(wěn)，流暢。甚至可以簡化、合并、優(yōu)化程序，內部對程序二次修改，這些要求類似于CAM軟件的刀路算法。

結語

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