西門子股份公司工業(yè)業(yè)務領域驅動技術集團運動控制系統(tǒng)部 Wolfgang Reichart

現(xiàn)代數控系統(tǒng)如何使銑床發(fā)揮出其最大性能，即以最佳生產效率和表面加工質量進行銑削加工？除具備高性能運動控制功能外，數控系統(tǒng)還應操作簡單、界面直觀，工藝循環(huán)技術先進，不但加工時間縮短，而且設置和編程時間也降至最低。即使配備普通銑床，也可實現(xiàn)此前僅有高檔銑床才能達到的技術指標。

帶有 Sinumerik MDynamics 銑削工藝包的西門子數控系統(tǒng)即是為此應運而生的，采用了新的“精優(yōu)曲面”智能運動控制技術：創(chuàng)新性的“預讀”算法，以及程序段壓縮和加加速度控制等功能。Sinumerik MDynamics 銑削工藝包適用于所有西門子數控系統(tǒng)，包括Sinumerik 840D sl 和 828D，以及最近推出的 Sinumerik 828D BASIC M（見圖1）。

1.“精優(yōu)曲面”技術——完美加工自由曲面

不但新的“預讀”功能顯著提高了進給精度和速度，而且相鄰銑削路徑的速度屬性還獨立于數控系統(tǒng)（見圖2）。

圖2

更快的加工速度，更優(yōu)的表面質量：“精優(yōu)曲面”技術是 Sinumerik MDynamics 工藝包的核心功能之一，可以一勞永逸地提高模具制造效率和產品質量。無需針對具體零件調整加工數據，與傳統(tǒng)、費時的數據調整方法相比，可以在更短時間內獲得同樣或者更好的加工效果。

尤其是對于加工自由曲面時的往復切削路徑，可以控制刀具在相鄰銑削路徑上具有高度一致的速度和動態(tài)響應特性，從而確保完美的表面加工質量（見圖3、圖4）。

圖3

圖4

通過“精優(yōu)曲面”技術，相鄰加工路徑可實現(xiàn)高度一致的速度屬性，從而顯著提高表面質量。

新的程序段壓縮功能使路徑過渡極為圓滑，從而提高了工件精度。

憑借通過優(yōu)化的程序段在線壓縮功能，由于后處理寫入的直線段和圓弧段可連續(xù)轉換為 NURBS曲線，即使是在執(zhí)行既包含 G0/G1 程序段、又包含 G2/G3 程序段的 NC 程序時，也能實現(xiàn)執(zhí)行程序段變化時的圓滑過渡（見圖5）。這樣，不僅顯著提高了輪廓加工精度，還可大大縮短了加工時間。

圖5

程序段壓縮功能可將多個 G1 或 G2/G3 程序段連續(xù)轉換為數控系統(tǒng)可以直接處理的多項式，從而顯著提高機床動態(tài)響應性能和生產效率。

新的智能加速度控制功能可確保所有軸都可平穩(wěn)地加減速，以保證機床的整體動態(tài)性能，有助于保護機床的機械系統(tǒng)，延長其使用壽命，降低維護成本，從而顯著提高機床帶來的經濟效益。

“精優(yōu)曲面”技術的主要優(yōu)勢在于該技術可確保表面精加工獨立于數控系統(tǒng)的插補循環(huán)之外。這也意味著，即使用入門級的 Sinumerik 828D BASIC M 數控系統(tǒng)，也能夠在實際應用中加工出一流的表面質量。再輔以 Sinumerik 系統(tǒng)的強大計算能力，加工時間顯著縮短，機床效率顯著提高，并可支持更加復雜的機床運動空間坐標變換功能。例如，Sinumerik 828D 中的“精優(yōu)曲面”技術可以控制靜止旋轉表面的 3 軸加工（3+2 軸），而Sinumerik 840D sl 可實現(xiàn) 5 軸聯(lián)動。

2.“高速設定”——即使加工任務極其復雜，也能輕松完成參數設置

最終產品的加工質量和加工效率，是機械加工效益的兩個決定性指標。當然，機床動態(tài)性能與工步間的完美協(xié)調也至關重要。由于高速加工應用中關鍵參數的數量非常龐大，因此，調整加工數據不僅費時耗力，而且通常不能完成全部調整。

為此，Sinumerik MDynamics 提供了一種極為簡便、快速的“高速設定”循環(huán)：Cycle832。該循環(huán)能夠自動設定所有相關的機床參數、NC 參數和驅動參數，用戶只需在 NC 程序中指定所需精度（公差值）、以及最大切削速度（粗切削）、最大精度和表面質量即可。

3.80位浮點數納米級計算精度

為充分利用 Sinumerik MDynamics 的智能加工策略，數控系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)中的所有算法和閉環(huán)控制結構均必須能夠準確地傳輸所有設定值和實際值，而不會產生任何明顯舍入誤差。雖然在整個工藝鏈中舍入誤差不可避免，但必須盡量將其降至最低，以使其對運動控制的影響遠遠小于機床機械系統(tǒng)的精度。為達到這一目標，Sinumerik MDynamics 采用了 80 位浮點數的納米級計算精度：從 NC 程序編譯器直到驅動層，計算精度和數據傳輸都具有足夠高的精度，從而避免了舍入誤差對加工精度的影響。另一方面：只有具備 80 位浮點數納米級計算精度，才能在各種加工場合下都能真正發(fā)揮數控機床加工精度的優(yōu)勢——尤其對于加工精度和表面質量要求均較高的加工任務而言，優(yōu)勢將更為明顯。

4.Sinumerik Operate 操作極為簡便

加工過程的高效率不僅要求切削時間短，而且還要求數控系統(tǒng)的操作需直觀、省時。Sinumerik Operate 數控系統(tǒng)采用了全新的圖形化交互式用戶界面：界面布局和菜單樹結構清晰，一目了然。Sinumerik Operate 可謂當前市場中操作最先進、最直觀的數控系統(tǒng)操作界面?！皠赢嬙亍笔荢inumerik Operate 中的一個獨特功能，編程和操作參數輸入不再使用靜態(tài)幫助畫面進行解釋，而是通過播放簡短的動畫圖片。由于大多數輸入參數均代表機床的某項動作，因此，通過簡短的動畫播放，可使操作步驟（如工件測頭或加工循環(huán)進刀和退刀路徑的含義）更加清晰易懂，用戶甚至無需查看相關文檔即可明白（見圖6）。

圖6 動畫元素

編程向導（ProgramGuide）為工藝循環(huán)提供了具備良好自解釋性的交互式輸入對話框。各個參數的含義和更改某個值時的效果可立即顯示出來 ，從而可快速、直觀地對復雜的機械加工任務進行控制，甚至無需查看使用手冊。

5.設定和編程

只有配用 Sinumerik MDynamics，Sinumerik Operate 操作界面中的機床設置和刀具管理才能完全符合銑床要求。Sinumerik MDynamics 中提供有豐富的測頭功能，可用于測定工件零點或刀具長度和直徑等。整合銑削和鉆削循環(huán)型式的 Sinumerik MDynamics 工藝包還提供有輪廓型腔銑削循環(huán)和自動剩余材料檢測功能，以及工藝測量循環(huán)包。當然，也支持編程向導（ProgramGuide）功能，可以按照銑床編程要求自動調整軟鍵定義。最后，同時也是最重要的一點是，Sinumerik MDynamics 還包括 ShopMill 工步編程功能，以用于小批量銑削零件的加工等特殊的加工需求。

6.Sinumerik MDynamics ——完美銑削

Sinumerik MDynamics 工藝包括以下幾個方面

（1）Sinumerik Operate 交互式圖形化用戶操作和編程界面 動畫元素輔助參數設定；全圖形化文本關聯(lián)幫助系統(tǒng)；支持采用開關量和連續(xù)測量系統(tǒng)測量工件和刀具直觀的刀具管理功能，包括使用壽命控制和替換刀管理；模具制造程序存儲在用戶CF 卡上。

（2）面向全球的數控編程方式 Sinumerik 高級語言編程，支持編程向導（programGuide）功能，適于大中批量零件加工；ShopMill 工步編程，適于小批量零件加工 ；標準 ISO 代碼編程。

（3）工藝循環(huán)包 標準鉆削和銑削工藝循環(huán)；輪廓型腔銑削循環(huán)，支持多達12 個島；自動剩余材料檢測；靜止 3+2 軸旋轉平面加工；高速設定循環(huán)，用于模具制造程序的參數設置；連續(xù)測量循環(huán)，用于標定 5 軸加工坐標系。

（4）加工程序模擬 全圖形化三維加工程序模擬， 模具制造快速視圖。

（5）速度控制和空間坐標轉換 “精優(yōu)曲面”速度控制；縱面加工轉換，用于加工圓柱形工件；樣條插補；五軸聯(lián)動轉換（僅適用于 Sinumerik 840D sl）；三維刀具半徑補償功能（僅適用于 Sinumerik 840D sl）。

Sinumerik 家族在供貨時進行了如下區(qū)分：Sinumerik 828D在發(fā)貨時定制為銑削應用的軟件包，供貨時 Sinumerik Mdynamics 僅包含“精優(yōu)曲面”功能和 Sinumerik Operate基本配置版（銑削用）。而如 ShopMill 圖形化工步編程或測量循環(huán)等具體功能則需單獨選購。對于不分工藝的通用Sinumerik 840D sl 數控系統(tǒng)，Sinumerik Mdynamics有全功能的 3 軸包和 5 軸包供選擇。

但無論是何種 Sinumerik Mdynamics工藝包，都能令 Sinumerik 數控系統(tǒng)完美適用于所有銑削應用，并帶來無與倫比的銑削性能。憑借簡單友好的操作、編程和設置功能，強大的銑削循環(huán)和高效的速度控制，Sinumerik MDynamics 可使各種復雜銑削應用顯著受益。