隨著中國模具工業(yè)的發(fā)展，模具加工所要求的加工精度、表面質量和加工效率也越來越高。要加工出高質量的模具．必須有適于模具加工特性且具有高效率的數控機床。而卓越的高速加工功能、五軸聯(lián)動加工功能和友好的人機界面是該類機床所追求的目標。

　　機床要滿足高的性能要求，需要從下列各個方面入手：(1)機床機械設計：機械高剛性，運動部件低質量；(2)進給設計：高的加速能力和大的速度控制范圍能力；(3)主軸系統(tǒng)設計：高軸速度、低得不均勻性和好的速度穩(wěn)定性；(4)刀具：適于高速加工要求；(5)數控系統(tǒng)和測量反饋等。

　　海德漢公司是一家擁有一百多年歷史的專門生產高精密測量元件和數控系統(tǒng)的跨國集團公司。所生產的高性能數控系統(tǒng)和測量反饋元件在模具加工和高精密加工領域中得到了廣泛的應用。左圖為海德漢公司提供的在高性能機床上使用的整套數控系統(tǒng)和測量反饋元件。

iTNC 530系統(tǒng)的硬件設計

　　硬件設計的好壞決定控制系統(tǒng)能否適合于高速、高精以及高表面質量加工。iTNC 530采用全新的微處理器結構，具有非常強大的計算能力。iTNC 530控制系統(tǒng)具有可控制達1 2軸．控制器本身包含了主機單元(MC)和控制單元(CC)兩個部分：

　　主機單元(MC)采用了奔騰111-800芯片，1 33MHz總線頻率，這是進行所有計算、屏幕顯示和數據通訊的的保證。iTNC530所有的實時任務均在自己開發(fā)的實時操作系統(tǒng)(HEROS)下完成．而且海德漢也可提供帶雙處理器的主計算機．它既可以保證系統(tǒng)的實時計算和穩(wěn)定性能．同時又能滿足用戶對Windows應用程序的需求。同時主機單元中的存儲是通過容量達30G的硬盤實現(xiàn)的．這對復雜模具加工提供了充足的存儲空間。主機單元帶有各類數據通訊接口(Ethemet／RS232／RS422／uSB等)，所配備的快速以太網通信接口能以100Mbit／s的速率傳輸程序數據。

　　控制單元(CC)最新的設計中集成了控制系統(tǒng)的所有伺服控制回路(位置環(huán)／速度環(huán)／電流環(huán))，所有的伺服計算都在DSP(數字信號處理器)中完成。從而測量元件的反饋均集成在控制單元上．包含位置反饋和速度反饋。其優(yōu)勢在于：保證伺服計算快速和實時要求．減小各伺服回路周期．減少各個回路間的通訊延遲，可在位置回路實現(xiàn)高增益，實現(xiàn)高速和高表面質量加工，并可很好地控制直接驅動(直線電機和力矩電機)。

　　驅動配套：海德漢公司可以根據需要提供全套的iTNC 530數控系統(tǒng)．包括變頻器模塊、電源模塊和伺服電機及主軸電機。同時，海德漢數控系統(tǒng)還具有很好的開放性能．能夠連接第三方的變頻器或電機，從組成全套系統(tǒng)數字系統(tǒng)。由于iTNC 530特殊的控制單元設計，所有的伺服運動控制均在控制單元中實現(xiàn)，其輸出為數字PWM信號，因而后續(xù)的變頻器其主要為運算放大功能。

　　良好的伺服控制和高速控制能力針對復雜的曲面，如果要實現(xiàn)高速、高精和高表面質量加工，在具備良好的硬件基礎上控制系統(tǒng)軟件也必須具有好的伺服性能及高速控制能力．下圖為高速加工機床所加工的典型零件。以下幾點為高性能加工機床控制系統(tǒng)所需的一些特性：

　　(1)全數字驅動技術。在強大硬件的支持下，iTNC530采用了全數字化技術。其位置控制器、速度控制器和電流控制器全部實現(xiàn)數字控制。數字電機控制技術能獲得非常高的進給速率。iTNC 530在同時插補多達5軸時，還能使轉速高達40000 rpm的數控主軸達到要求的切削速度。

　　(2)程序段處理速度快。先進的前饋伺服技術越來越多地將程序段處理放在后臺執(zhí)行。即使如此，對有些加工任務，快速處理程序段仍是獲得理想加工效果的最佳方法，例如進行高精度輪廓加工。iTNC 530具有理想的程序段處理速度性能，實現(xiàn)短的程序段處理時間(05ms)和短的各控制回路周期(位置環(huán)周期為100ms)以及各類插補(直線／圓弧／螺旋線／樣條)。

　　(3)輪廓精度高。iTNC 530還具有1024段(可通過機床參數設置)預讀功能。”預讀“功能能預測方向的未來變化，來調整運動速度使之符合編程表面要求。當刀具切入工件時．iTNC 530可以根據需要自動降低進給速率，因此您在編程進給速率時只需用最高加工速度，iTNC530能自動根據工件輪廓調整實際速度．節(jié)省)JDq-時間。內置的過濾器能顯著抑制各機床的國有頻率．同時保證所需的表面精度。同時．iTNC 530可實現(xiàn)各種誤差補償，包括線性和非線性軸誤差、反向間隙、圓周運動的方向尖角．熱膨脹及粘滯摩擦。

　　(4)在保證精度的情況下實現(xiàn)高速加工。高速切削代表著快速和高效地銑輪廓。數控系統(tǒng)必須能快速傳輸大量數據．允許高效編輯長程序并使)j口q-出的工件具有理想輪廓

　　(5)加加速控制(Jerk)。要機床具備良好的加減速功能，必須要保持合理的加加速。如果加加速過大(突變)．可在短時間內實現(xiàn)加速，但同時會造成機床的振動，從而使所加工表面出現(xiàn)條紋．降低了表面)]lq-質量；如果加加速過小．可以實現(xiàn)高的表面質量，但很難實現(xiàn)快加速功能。因此，如何保證高速和高表面質量非常重要。iTNC 530系統(tǒng)采用限制加加速值并利用過濾器對加加速度進行了光滑處理來實現(xiàn)上述功能。通過該功能的使用既可以減少加工中由于加加速突變而產生的機床振動而實現(xiàn)高表面質量加工．同時又能達到機床良好的加減速性能。

　　(6)名義位置過濾器。在控制系統(tǒng)執(zhí)行完插補功能以后，產生名義位置值提供給后續(xù)的位置回路。大家知道．實現(xiàn)高速、高精和高表面質量要求與很多因素相關，尤其是機床本身的動態(tài)性能。iTNC 530系統(tǒng)提供了不同類型的內置的名義位置過濾器．比如單過濾器(Standard fiIter)．雙過濾器(Expanded fiIter)和高速過濾器(HSC fiIter)。系統(tǒng)可根據用戶的不同需求和機床本身的動態(tài)性能確定采用哪種過濾器．它可通過設置不同的參數完成。，當然，為盡可能地充分發(fā)揮機床本身的動態(tài)性能，海德漢公司提供了一系列調試工具，可以方便各機床制造商進行調試。下圖為iTNC 530系統(tǒng)控制下的輪廓高速加工實例。