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高端数控系统的先进性分析:主要体现在强大且完备的功能,另运行可靠时间长

发布时间:2024-02-29  来源:立鼎产业研究网  点击量: 670 

数控系统技术壁垒高,国产数控系统厂商仍在努力向中高端转型。国外企业起步早,数控系统产品经过市场长期的反馈和不断迭代,其技术成熟度和市场竞争力优势明显。相比国外企业,国产数控厂商起步较晚,高端数控技术经验积累不足,仍需大量场景应用和验证。从性能指标来看,国产数控系统仅有华中数控、广州数控等少数企业能够满足中高档数控系统的标准。

高档数控系统的技术难点在于两大方面:1)功能的完备性不足:例如缺少CAM等研发设计类工业软件;无法实现高速高精度插补功能;高端五轴RTCP功能不齐全;2)可靠性的时长不足。

国内外各档次代表性数控系统功能及性能表


资料来源:CNKI

——高档数控系统具备强大的CAM软件和高精度插补功能

加工具有复杂轮廓曲线的工件需要借助计算机自动编程,而自动编程过程中紧密集成多个工业软件(CADCAECAM)。复杂零部件的轮廓线手工编程提取较为困难,需要使用工业软件执行自动编程提取,通常步骤为首先使用CAD(计算机辅助设计软件)制作零部件的轮廓描述信息,接着用CAE(计算机辅助工程软件)进行仿真分析,最后借助CAM(离线编程系统)将生成的轮廓信息转换为数控系统能识别的G代码。

数控系统识别G代码后,基于插补功能生成刀具加工轨迹。数控系统中的插补功能是指数控系统根据前序自动编程获得的零件轮廓曲线的特征参数(G代码),按照一定的数学方法不断计算出刀具运行轨迹上的一些中间点,从而控制刀具对工件进行切削。一次加工程序通常分为多个插补周期,在连续的实时插补计算中,数控系统控制刀具逐渐切削出逼近理想的工件外形轮廓。

数控系统中工业软件自动编程流程


资料来源:CNKI

国内CAECAM等研发设计类工业软件同国外差距较大:目前国内CAD软件2D功能基本与国外一致,但是在CAECAM软件领域落后较多.大部分厂商使用的免费版本只包含部分简化的功能。针对国产高端数控系统设计的专用后置处理器更是无从谈起,国产数控系统只能使用国外CAM软件中免费开放的后置处理功能,而这只能同数控系统实现简单的配合加工。

国产数控系统已具备适用于普通工况的通用插补技术,但缺少在高速高精度工况下的先进插补能力。例如,在高速加工复杂轮廓工件时,国产数控系统缺少预插补功能。高速加工中常遇到拐角或者高曲率点,此时的刀具进给方向可能发生突变。如果刀具速度没有及时的降低,将会引起过切,从而影响加工精度。预插补功能通过在实时插补的同时向前预插补一段距离,提前获知待加工零件的轮廓进给方向上是否有突变点以及计算出通过该点的最佳速度,避免过切问题。

CAM编程的一般步骤


资料来源:中国数控机床网

——高档数控系统可靠性时间远远长于低档产品

国外高档数控系统的平均无故障运行时间可达30000小时,而国内的一般在10000小时左右,可靠性时长差距较为明显。主要原因系:1)国内数控系统硬件寿命较短:国内数控系统主要与中低端机床配套,加工环境较为恶劣,硬件质保通常为3年,而国外系统硬件寿命长达10年。2)国内数控系统软件的容错率和智能化水平较低:国内系统软件兼容性差,不足以应对多样的工作现场。此外国外系统能够实现智能化误差补偿,弥补机床随着年限增加精度降低的情况,进而提高了数控系统的使用年限。3)国内远程故障诊断水平落后:国外高端系统具备远程故障诊断能力,能够提前预判机床故障,显著增加配套机床的无故障运行时间,提高了数控系统的使用寿命。

远程故障诊断实现机床可预测性维护


资料来源:华中科技大学

——高档五轴数控系统还需具备五轴联动RTCP 功能

五轴联动RTCP功能大幅提升加工效率、缩短加工周期、提高加工精度。五轴联动RTCP控制功能(Rotated Tool CenterPoint)即刀尖点跟随功能,从根本上改变了插补运算的流程。没有RTCP功能的机床,其插补的运算对象是刀具旋转中心(刀轴点),而开启RTCP功能的机床,则变成了刀尖点(如图示)。在五轴加工中,由于回转运动产生了刀尖点的附加运动,数控系统控制点往往与刀尖点不重合,而RTCP功能使数控系统能够自动修正控制点,以保证刀尖点按指令既定轨迹运动。不具备RTCP的五轴机床和数控系统必须依靠CAM编程和后处理,每次提前规划好刀路。五轴数控系统支持RTCP功能使得编程变得简单、高效,且加工精度提高。


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标签:数控系统

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