高速加工对数控系统的要求
高速加工的概念
高速加工的概念世纪30年代，德国科学家Salomon在对不同材料进行切削实验时发现，随着切削速度的增加，切削温度及刀具磨损会剧烈增加，但是当切削速度达到并超过某临界值时，切削温度及切削力不但不会增加反而会减小，然后又随着切削速度的增加而急剧增加。
所谓高速加工就是指切削速度高于临界速度的切削加工。
从下图可看出，以刀具磨损的切削力为限制条件，前一个低于该值的区域A是一般传统加工。
后一个低于该值的区域HSM为高速加工。
由此也可看出，不同材料有不同的临界值，对于铝、镁合金，切削速度大于1000m/min 可称为高速加工，而对于加工钢或铸铁，切削速度大于305m/min就可称为高速加工了。
高速加工除了和切削速度有密切联系外，还和刀具材料、机床刚性等因素相关。
所以高速加工不仅决定于主轴速度与刀具直径，还与所切削的材料，刀具寿命及加工工艺等综合因素有关。
2．2高速加工的优点高速切削(HSC)加工作为一种先进切削技术，自二十世纪八十年代以来得到了日益广泛应用。
高速加工采用远高于常规加工切削速度进给速度，不仅可提高加工效率，缩短加工工时，同时还可获得很高加工精度。
随着高速主轴技术发展，与其配套新型刀具不断出现，同时对高速加工工艺参数优化研究也不断深入，使得高速切削技术理论研究应用都得到了长足发展。
高速切削(HSC)加工作为一种先进切削技术，自二十世纪八十年代以来得到了日益广泛应用。
高速加工采用远高于常规加工切削速度进给速度，不仅可提高加工效率，缩短加工工时，同时还可获得很高加工精度。
随着高速主轴技术发展，与其配套新型刀具不断出现，同时对高速加工工艺参数优化研究也不断深入，使得高速切削技术理论研究应用都得到了长足发展。
山特维克切削刀具高速加工主要优点有：1、切削力降低30%左右，非凡适合刚性差零件，2、由于加工时对刀具工件进行了冷却润滑，减少了切削热对工件影响，非凡适合加工易热变形工件；3、激振频率远远高于机床工艺系统固有频率，加工平稳，振动小，加工表面质量好；4、能极大地提高生产效率。
高性能数控系统需具备的特点
１３ Ｈ 总线频率，并带有各类数据通信接Ｅ Ｅｈｒ ３Ｍ ｚ ｌ（ ｔ ． ｅ
ｎｔ ｓ３／ ｓ２／ ｓ 等 ） ｅ Ｒ ２２ Ｒ ４２ｕ Ｂ ，这 是进行 所 有计 算 、屏幕 ／ 显示和数据通信 的的保证 。海德汉的控制系统 所有 的实 时任务均 在 自己开 发的实 时操 作 系统 （ Ｅ Ｏ ）下完 ＨＲＳ 成 ，而且海德汉也可提供带双处理器 的主计 算机 ，它 既 可以保证系统 的实时计算 和稳定性能 ，同时 又能满足用 户对 Ｗｉ ｏ ｓ ｎ ｗ 应用程序的需求 。同时 ，主机单元 的硬盘 ｄ
Ｗ ｗｗ． Ｃ／／ｔ Ｇ ／ ． ｍａ ｎ ． Ｏ ｔ ∞ ｓ ］
维普资讯
动， 从而使所加工表面出现条纹 ，降低表面加工质量； 如果加加速过小，可以实现高的表面质量，但很难实现
快加速功能 。因此 ，如何保证 高速和高表面质量 非常重
言，通过点击控制键盘上的轮廓元素键，并利用连续图 形对话方式即可在机床上实现加工程序编辑。使用这种 方式，操作人员根本不用记忆 Ｇ 代码 ，只需使用专用键 和软键就可以设定直线区段、定义圆弧和循环程序，构
机单元 （ ）和控制单元 （ Ｃ ＭＣ Ｃ ）两个部分 ： （ ）主机 单元 （ ） 采用 了奔腾 Ｉ 一０ １ ＭＣ Ｉ ８ ０芯片 、 Ｉ
还 能使转速高达 ４ ０／ ｉ ００ ｒｍｎ的数控 主轴达到要求 的切 ０ 削速度 。同时 ，全数字控制为更好 地调节 系统参 数 已实 现 电器 与机械的完美结合 ，以达到所期望的结果。 （）程序段处理速度快 ２ ｉＮ ０ Ｔ Ｃ５ 具有理想 的程序 ３
括线性和非线性轴误差 、反向间隙 、圆周运 动的方 向尖
化方式 ，有利于保证 系统 稳定性和服务 的方便性。
（ ）控制单元 （ Ｃ 最新 的设计 中集成 了控制 系 ２ Ｃ）
数控机床的进给传动系统
数控机床的进给传动系统摘要：本文主要阐述了数控机床对进给传动系统的基本要求，数控机床进给传动系统的主要形式。
关键词：数控机床；传动系统；进给系统1 数控机床对进给传动系统的基本要求数控机床对机械传动系统的要求主要有以下几点。
1.1 提高传动部件的刚性数控机床的直线运动定位精度和分辨率必须达到微米级，回转运动的定位精度和分辨率必须达到角秒级，伺服电动机的驱动转矩，尤其是起动、制动时的转矩也很大。
假设传动部件的刚度不强，一定会使传动部件发生弹性变形，影响系统的定位精度、动态稳定性和响应快速性。
而加大滚珠丝杠的直径，对滚珠丝杠螺母副、支承部件进行预紧，进行预拉伸等，均为提高传动系统刚度的有效办法。
1.2 减小传动部件的惯量驱动电动机，传动部件的惯量直接决定进给系统的加速度，这是影响进给系统快速性的主要原因。
尤其是高速加工的数控机床，因为对进给系统的加速度要求比较高，所以，在满足系统强度和刚度的条件下，要减小零部件的质量、直径，以降低惯量，提高快速性。
1.3 减小传动部件的间隙在开环、半闭环进给系统中，传动部件的间隙直接影响进给系统的定位精度；在闭环系统中，它是系统的主要非线性环节，影响系统的稳定性，所以，要采取有效措施消除传动系统的间隙。
消除传动部件间隙的措施是对齿轮副、丝杠螺母副、联轴器、蜗轮蜗杆副以及支承部件进行预紧或消除间隙。
而采取措施后将可能增加摩擦阻力，降低机械部件的寿命，因此，必须统筹各种因素，使间隙减小到允许范围。
1.4 减小系统的摩擦阻力进给系统的摩擦阻力会降低传动效率，产生发热；同时，它还直接影响系统的决速性；因为摩擦力的存在，动、静摩擦系数的变化，会导致传动部件的弹性变形，产生非线性的摩擦死区，影响系统的定位精度和闭环系统的动态稳定性。
采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副、直线滚动导轨、静压导轨和塑料导轨等高效执行部件，能减少系统的摩擦阻力，提高运动精度，避免低速爬行。
2 数控机床进给传动系统的主要形式2.1 滚珠丝杠螺母副它的特点是：摩擦损失小，传动效率高；丝杠螺母之间预紧后，可消除间隙，提高传动刚度；摩擦阻力小，它与运动速度无关，动、静摩擦力的变化会很小，也不可能产生低速爬行现象；工作磨损小，使用寿命长，精度保持性好。
高速加工轨迹拐角速度平滑处理讲解
弓高误差
1 42 l2
2
V l 2 2 ( )2
TT
max为共建允许的最大弓高误差，2 VF )
V2 T
2 ( max)2
(2 T
2 ( max)2 VF )
弓高误差约束法——直接近似法
式中，VF 为数控程序段中的进给速度；
题目：高速加工轨迹拐角速度平滑处理
高速加工过程中，要求数控系统确保机床运 动的平稳性, 防止较大冲击载荷影响零件的加工质 量, 并保护机床的进给系统，需要在加工轨迹拐角 处进行速度的平滑处理，本文将运用直接转接法、 圆弧过渡法和弓高误差约束法对高速数控加工轨 迹的拐角进行速度平滑处理。
高速加工理论是由德国物理学家萨洛蒙于 1931年提出的，当其切削速度达到一定数值后， 切削力、切削温度以及切削变形会迅速变小，加 工表面质量也会得到极大提高，甚至无需光整加 工。且实践证明，高速加工可以成倍提高生产效 率。
Thank you !
a
t
2V2
sin
2
(
)
直接转接法
式中，t 为机床数控系统的插补周期 T ，amax为机 床数控系统设置的最大加速度，是一个确定值，建立 约束条件
0 a amax
V2
T
amax
2 s in
2
圆弧过渡法
圆弧过渡法是在程序间用圆弧来处理拐角的速度。 通过限制小圆弧的最大法向加速度来限制拐角的速 度，同时考虑精度影响。根据运动学的有关公式， 圆周运动的进给法向加速度为
高速加工同时也给数控系统带来一定的挑战， 若再加工区域中存在尖锐的拐角或是高曲率路径时， 由于高速加工的进给速度都比较高，很容易产生过 切、拐角处表面质量不好等情况。因此，对加工轨 迹中的拐角进行平滑处理是很有必要的，在本文中 将运用直接转接法、圆弧过渡法和弓高误差约束法 对加工轨迹中的拐角进行平滑处理。
高速加工技术
高速加工技术一．起源1931年，德国切削物理学家萨洛蒙(Carl.J.Salomon)博士提出了一个假设，即同年申请了德国专利的所罗门原理：被加工材料都有一个临界切削速度V0，在切削速度达到临界速度之前，切削温度和刀具磨损随着切削速度增大而增大，当切削速度达到普通切削速度的5～6倍时，切削刃口的温度开始随切削速度增大而降低，刀具磨损随切削速度增大而减小。
切削塑性材料时，传统的加工方式为“重切削”，每一刀切削的排屑量都很大，即吃刀大，但进给速度低，切削力大。
实践证明随着切削速度的提高，切屑形态从带状、片状到碎屑状演化，所需单位切削力在初期呈上升趋势，而后急剧下降，这说明高速切削比常规切削轻快，两者的机理也不同。
通过长期的研究，从上世纪90年代中期起，高速加工进入实用化阶段。
用户可以享受高速加工的高效率，高精度和成本优势。
德国OPS-INGERSOLL公司是目前世界上最好的高速加工中心制造商之一。
二．高速加工的定义高速加工是指转速在30,000RPM以上，实际加工切削进给保持8-12m/min的恒定进给。
我们从定义中看出，高速加工的一个关键要素是高速恒定进给。
由于高速加工时，转速上万转，特别在加工高硬度材料时，瞬间产生大量热量，所以必须保持高速进给，使产生的85%以上的热量被铁屑带走。
但在模具加工过程中，硬度通常在HRC50以上，且为复杂的曲面或拐角，所以高速机床必须做到在加工曲面或拐角时仍能高速进给。
另外实际加工中，刀具都有一个最佳切削参数，如能保持恒定进给，对刀具寿命，切削精度和加工表面质量都有提高。
由此看出，高速加工不仅是高速主轴，而且也是机床伺服系统的综合。
事实上，高速切削技术是一个非常庞大而复杂的系统工程，它涵盖了机床材料的研究及选用技术，机床结构设计和制造技术，高性能C NC控制系统、通讯系统，高速、高效冷却、高精度和大功率主轴系统，高精度快速进给系统，高性能刀具夹持系统，高性能刀具材料、刀具结构设计和制造技术，高效高精度测试测量技术，高速切削机理，高速切削工艺，适合高速加工的编程软件与编程策略等等诸多相关的硬件和软件技术。
高速加工技术在模具加工中的应用
高 速机 床 的主轴性 能是 实现 高速切 削加 工 的重 要 条件 。高 速 切削机 床 主轴 的转 速 范 围为 １０ ０— ００ １００ ｍ ｍｉ， 要求 主轴 具有 快 速 升 速 、 指定 位 ０００ ／ ｎ 并 在 置 陕速 准停 的性 能 （ 即具 有极高 的角 加减速 度 ） 。
量 、 确 的尺 寸 和高 的几 何精 度 。 精 预 处理 功能 。要 求 Ｃ Ｃ具 有 大 容 量 缓 冲寄 存 Ｎ
器 ， 预先 阅读 和检 查 多个 程 序 段 （ １０ 可 如 ０ ０～２ ０ ００
工 ） ， 电极加 工 、 速样 件 制 造 等 方 面也 得 到 广 外 在 快 泛应 用 。大 量生 产 实践 表 明 ， 用 高速 切 削技 术 可 应 节省模 具 后续 加 工 中约 ８％ 的手 工 研磨 时 间 ， 约 ０ 节 加 工 成 本 费 用 近 ３ ％ ， 具 表 面 加 工 精 度 可 达 ０ 模 １ ｍ， 刀具 切 削效率 可 提高 一倍 。
少和避免效率低的电火花加工 ， 解决薄壁零件 的加工 问题 ， 控高速 复合加工 还可 以减少搬 运与装夹次 数 ， 数 避免重
复定位带来的ａ ｔ误差等 ， ｎ 既提 高了加工 质 量 ， 又提高 了加工效 率 。高速加 工技术 逐渐应 用于加 工铸铁 和硬 铝合 金， 尤其是加工大 型覆盖 件冲压模 、 锻模 、 压铸模和注射模。在数控切削 加工 中有较 强的实用价值 ， 从而 大大地提高 了加工效率及加工精度 。 关键词 ： 高速加工技术 ； 模具加工 ； 加工工艺
个 程序 段 ） 以便 在 被 加 工 表 面形 状 （ 率 ） 生 变 ， 曲 发 化 时可 及 时 采 取 改 变 进 给 速 度 等 措 施 以 避 免 过 切
数控加工工艺教学
2、数控加工工艺要求更严密、精确
普通加工工艺
加工时可以根据加工过程中出现的问题比较自由地进行人为调整。
数控加工工艺
自适应性较差，加工过程中可能遇到的所有问题必须事先精心考 虑，否则导致严重的后果。
13
例如
攻螺纹时，数控机床不知道孔中是否已挤满切屑，是否 需要退刀清理一下切屑再继续加工。 普通机床加工可以多次“试切”来满足零件的精度要求， 而数控加工过程严格按规定尺寸进给，要求准确无误。
1
第一单元 数控加工工艺概述
教学目的： 明确数控加工工艺的概念和内容，
以及在数控加工中的重要作用，同时应 对目前最先进的数控加工技术和加工工 艺有一个整体性和概括性的了解。
2
第一单元 数控加工工艺概述
学习内容与知识点：
内容 数控加工过程 数控加工工艺概念 与工艺过程 数控加工工艺的主要内容 数控加工工艺的特点
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3、制定数控加工工艺要进行零件图形的数学 处理和编程尺寸设定值的计算
编程尺寸并不是零件图上设计的尺寸的 简单再现，在对零件图进行数学处理和计算时， 编程尺寸设定值要根据零件尺寸公差要求和零 件的形状几何关系重新调整计算，才能确定合 理的编程尺寸。
15
4、考虑进给速度对零件形状精度的影响
制定数控加工工艺时，选择切削用量要考虑 进给速度对加工零件形状精度的影响。
在数控加工中，刀具的移动轨迹是由插补运 算完成的。根据差补原理分析，在数控系统 已定的条件下，进给速度越快，则插补精度 越低，导致工件的轮廓形状精度越差。尤其 在高精度加工时这种影响非常明显。
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5、强调刀具选择的重要性
复杂形面的加工编程通常采用自动编程 方式，自动编程中必须先选定刀具再生成刀 具中心运动轨迹，因此对于不具有刀具补偿 功能的数控机床来说，若刀具预先选择不当， 所编程序只能推倒重来。
CNC机床加工中的数控系统选型与应用
CNC机床加工中的数控系统选型与应用在CNC机床加工过程中，数控系统的选型与应用至关重要。
数控系统是实现CNC机床运动控制和加工程序控制的核心部分，直接影响到机床的精度、效率和稳定性。
本文将探讨CNC机床加工中数控系统的选型与应用。
一、数控系统选型要点1. 机床类型与加工需求：不同类型的CNC机床适用于不同的加工任务。
例如，铣床、车床、钻床等，每种机床的数控系统要求有所不同。
因此，在选型时要根据自己的加工需求选择适用于相应机床类型的数控系统。
2. 精度要求：数控系统的精度直接决定了加工零件的精度。
高精度的加工要求需要选择具有高精度控制能力的数控系统，例如，采用精度更高的编码器、伺服系统等。
3. 加工速度与效率：数控系统的加工速度和效率对于批量生产非常重要。
在高速切削加工领域，需要选择能够快速响应指令、具备高速插补能力的数控系统。
4. 操作界面和人机交互：数控系统的操作界面应该简单直观，易于操作和学习。
同时，应具备友好的人机交互功能，方便操作人员进行参数设置、程序编辑等操作。
5. 稳定性和可靠性：数控系统在长时间运行过程中需要能够稳定可靠地工作，避免出现故障和停机。
因此，选型时要考虑数控系统的稳定性和可靠性。
二、数控系统的应用1. 工艺规划与编程：数控系统具备编程功能，可根据零件图纸和加工工艺进行编程。
操作人员通过编程输入刀具路径、加工参数等信息，确定加工方案并生成加工程序。
2. 运动控制和轴控制：数控系统负责控制各个轴向的运动。
通过控制伺服系统、电机和驱动器，实现CNC机床的定位、插补和运动控制，使加工过程精确可控。
3. 材料切削和加工：数控系统负责控制切削工具（刀具）的运动轨迹和切削参数。
通过控制刀具的进给速度和切削深度，实现对材料的切削和加工。
4. 系统监控和故障诊断：数控系统可以实时监测机床和系统的运行状态。
当出现故障或异常情况时，可及时报警并进行故障诊断，提高设备的可靠性和稳定性。
5. 数据管理和远程控制：数控系统可进行数据管理，如程序的存储和备份、工艺参数的管理等。
FANUC高速高精加工的参数调整
F A N U C高速高精加工的参数调整This manuscript was revised by the office on December 22, 2012铣床、加工中心高速、高精加工的参数调整(北京发那科机电有限公司王玉琪)使用铣床或加工中心机床加工高精度零件（如模具）时，应根据实际机床的机械性能对CNC系统（包括伺服）进行调整。
在FANUC的AC 电机的参数说明书中叙述了一般调整方法。
本文是参数说明书中相关部分的翻译稿，最后的“补充说明”叙述了一些实际调试经验和注意事项，仅供大家参考。
对于数控车床，可以参考此调整方法。
但是车床CNC系统无G08和G05功能，故车床加工精度（如车螺纹等）不佳时，只能调整HRV参数和伺服参数。
Cs控制时还可调整主轴的控制参数。
目录1伺服HRV控制的调整步骤⑴概述i系列CNC（15i/16i/18i）的伺服因为使用了HRV2和HRV3控制（21i为选择功能），改善了电流回路的响应，因此可使速度回路和位置回路设定较高而稳定的增益值。
图使用伺服HRV控制后的效果速度回路和位置回路的高增益，可以改善伺服系统的响应和刚性。
因此可以减小机床的加工形状误差，提高定位速度。
由于这一效果，使得伺服调整简化。
HRV2控制可以改善整个系统的伺服性能。
伺服用HRV2调整后，可以用HRV3改善高速电流控制，因此可进行高精度的机械加工。
若伺服HRV控制与CNC的预读（Look-ahead）控制，AI轮廓控制，AI纳米轮廓控制和高精度轮廓控制相结合，会大大改善加工性能。
关于这方面的详细叙述，请见节“高速、高精加工的伺服参数调整”。
２图伺服HRV控制的效果实例⑵适用的伺服软件系列号及版本号90B0/A（01）及其以后的版本（用于15i，16i，18i和21i，但必须使用320C5410伺服卡）。
⑶调整步骤概况HRV2和HRV3控制的调整与设定大致用以下步骤：①设定电流回路的周期和电流回路的增益（图中的*1 ）电流回路的周期从以前的250μs降为125μs。
M70／700模具加工之高速高精度功能
精度控制 １ 功能共包括以下 ６个子功能 ： ①插补前加减速 。系统根据程序 的加工路 径 ，自动 计算程序运行时的加 、减速时间 。此功能 和传统 的插 补 后加减速相 比，能够减小由于插补造 成的延时误差 。保 证加工路径的准确性。
②最佳转角速度控制。在转角处 ， 定有一定程度 必 的加减 速 ，从 减少 加 工时 间 ，提 高转 角精 度 的角 度考
服系统延时造成 的加工误差 ，提高加工的精度。
⑤ 圆弧 入／ 口速 度控 制。在加 工 曲线 和直线 相交 出
注 ２ ０ ：标 配 功 能 ；△ ：选项 功 能 。 ：
３ ．三菱高速高精度功能介绍
以下 ，对三菱高速高精度各功能进行浅析。 （ ）高速加工模式 ｌ ２ 指令格式 Ｇ ５ １Ｇ ５２ 在 １ 、（ ０ Ｐ 、Ｏ Ｐ ）
Ｍ７ ０ ０
０ ０
△
０ ０
△
０ 无
△
无 无
△
注 １ 以上 指 令 只 迪 用 于 铣 床 系统 。 ：
度很小 ，并且在 没有实行最佳转 角减速 的情 况下 ，使用 向量精密插 补功 能生成 的路径更平滑 。 ④ 前馈控制 。使用前馈控制功 能 ，可 以减少 由于伺
处理 成一个单节 的程序段 ，转换为一 个单节 ，在一 次插 补中处理 ， 高加工的速度。使用高速加 工模式在加工 提 自由曲面时 ，能有效提高加工速度 。 （ ）高精度控制 ｌ（ ２ 指令格式 Ｇ １１Ｇ ８ １ 此 ６．／ ０Ｐ ）
功能的主要 目的在于减少加工 中的控 制系统 的误 差 ，比
（ ）高速高精度控制 ２ （ ４ 指令格式 Ｇ ５ １ ０ ） ０ Ｐ０ ０ ０ 在高速高精 度控制 ２ ，除了包含 高速 高精度控制 １ 中 中
面向高速切削的数控加工工艺研究_李厚佳
面向高速切削的数控加工工艺研究*李厚佳周立波（上海工程技术大学，上海200437）NC processing technique of high speed machining studyLI Hou-jia ，ZHOU Li-bo（Shanghai University of Engineering Science ，Shanghai 200437，China ）文章编号：1001-3997（2010）04-0171-02【摘要】高速加工在机械加工领域得到广泛的应用，阐述了高速加工的概念、特征、原理。
论述了高速切削数控编程总的原则、高速粗加工、精加工数控编程特点和方法，刀具材料、几何尺寸的选用，切削用量选用的原则，及其CAM 后处理NURSB 曲线插补。
关键词：高速切削；加工工艺；数控编程；切削用量【Abstract 】High speed machining （HSM ）technology has been applied in machining.It introduces the character and principle of HSM .It also discusses the requirement of cutting tool 、machining data 、CAM post processing and how to select the cutting programming method in HSM .Key words ：HSM ；Processing technique ；NC program ；Machining data中图分类号：TH16，TG547文献标识码：A＊来稿日期：2009-06-08＊基金项目：上海市优青项目（gid-07050）1引言高速加工通常指的是合理的切削速度和较高进给速度下进行的切削加工。
高速加工是一种先进的金属切削加工技术，由于它大大的提高切削率和加工质量，又称为高性能加工，多用于铣削加工。
数控技术标准
数控技术标准
数控技术标准涉及多个方面，包括机床结构、加工工具、控制系统和
安全防护等。
以下是一些常见的数控技术标准：
1. 机床结构：数控机床的结构应满足刚性好、稳定性高、能够保证加
工精度的要求。
同时，机床应具有可靠性强、使用寿命长、加工范围广、操作方便、易于维护和保养的特点。
2. 加工工具：数控机床的加工工具应满足刀具刚性好、能够承受高速
旋转和大力矩的要求。
切削刃质量高，能够保证高精度加工。
刀柄精
度高，能够保证刀具的精确定位。
3. 控制系统：数控机床的控制系统应满足控制精度高、响应速度快、
具备自我检测和诊断功能的要求。
同时，控制系统还应具备通信功能，能够与其他设备实现数据交换和联网操作。
4. 安全防护：数控机床的安全防护应满足设备符合国家安全标准和规
定的要求。
设备应具备自动报警和停机保护功能，能够及时发现和解
决安全问题。
高速铣削加工技术
模具高速铣削加工技术一、前言在现代模具生产中，随着对塑件的美观度及功能要求得越来越高，塑件内部结构设计得越来越复杂，模具的外形设计也日趋复杂，自由曲面所占比例不断增加，相应的模具结构也设计得越来越复杂。
这些都对模具加工技术提出了更高要求，不仅应保证高的制造精度和表面质量，而且要追求加工表面的美观。
随着对高速加工技术研究的不断深入，尤其在加工机床、数控系统、刀具系统、CAD/CAM软件等相关技术不断发展的推动下，高速加工技术已越来越多地应用于模具型腔的加工与制造中。
数控高速切削加工作为模具制造中最为重要的一项先进制造技术，是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术。
相对于传统的切削加工，其切削速度、进给速度有了很大的提高，而且切削机理也不相同。
高速切削使切削加工发生了本质性的飞跃，其单位功率的金属切除率提高了30%~40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎消失。
随着切削速度的提高，单位时间毛坯材料的去除率增加了，切削时间减少了，加工效率提高了，从而缩短了产品的制造周期，提高了产品的市场竞争力。
同时，高速加工的小量快进使切削力减少了，切屑的高速排出减少了工件的切削力和热应力变形，提高了刚性差和薄壁零件切削加工的可能性。
由于切削力的降低，转速的提高使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，而工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感，由此降低了表面粗糙度。
在模具的高淬硬钢件(HRC45~HRC65)的加工过程中，采用高速切削可以取代电加工和磨削抛光的工序，从而避免了电极的制造和费时的电加工，大幅度减少了钳工的打磨与抛光量。
对于一些市场上越来越需要的薄壁模具工件，高速铣削也可顺利完成，而且在高速铣削CNC加工中心上，模具一次装夹可完成多工步加工。
高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影响，改变了传统模具加工采用的“退火→铣削加工→热处理→磨削”或“电火花加工→手工打磨、抛光”等复杂冗长的工艺流程，甚至可用高速切削加工替代原来的全部工序。
高速加工技术
手机外壳的加工
电脑键盘的制造
平板电脑外壳的铣削
电子元器件的微细加 工
06
高速加工技术的发展趋势和未来展望
高速加工技术的发展趋势
更高的切削速度：随着新材料和新工艺的不断发展高速加工技术将进一步提高切削速度提高加 工效率。
智能化和自动化：随着人工智能和机器学习技术的不断发展高速加工技术将更加智能化和自动 化实现加工过程的自动监控和优化。
高速加工技术采 用小切削力可以 减小工件变形和 振动提高加工精
度。
高速加工技术可 以快速切除工件 材料缩短加工时
间降低成本。
高速加工技术采 用先进的控制系 统和刀具能够实 现高精度的轨迹 控制和补偿功能 进一步增强加工 过程的灵活性。
04
高速加工的关键技术
高速切削技术
定义：高速切削 是一种在极高转 速下进行的切削 加工方法具有高 进给速度和高切 削速度的特点。
05
高速加工技术的应用案例
航空航天领域的应用案例
高速加工技术在航空航天领域的应用提高了零件的加工精度和效率。 在航空发动机制造中高速加工技术能够快速去除材料提高生产效率。 高速加工技术在航天器制造中得到广泛应用如卫星天线、太阳能电池板等。 高速加工技术能够满足航空航天领域对高精度、高质量、高效率的加工要求。
高精度加工技术
高速切削技术：通过高转速的刀具实现高效切削提高加工精度和表面质量。
超精密切削技术：采用超硬材料和纳米级切削参数实现超精密切削提高加工精度和表面光 洁度。
快速点磨削技术：通过高速旋转的磨头对工件进行快速点磨削实现高效高精度加工。
激光辅助加工技术：利用激光的高能量密度特性对工件进行快速、高精度的加工。
通过高速加工 技术可以实现 快速原型制造 和快速模具制 造缩短了产品 开发周期降低 了开发成本。
数控机床对伺服系统要求
数控机床对伺服系统要求伺服系统是数控机床的重要组成部分，数控机床的精度和速度指标等往往由伺服系统打算。
伺服系统经受了从步进伺服到直流伺服进而到沟通伺服的进展过程。
而且随着技术的进展，高速高精度加工的直线驱动已成为伺服系统进展的新趋势。
数控机床对伺服系统要求也许如下几点：(1)稳定性好：稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调整过程后到达新的或者回复到原有平衡状态。
(2)输出位置精度要高：伺服系统的精度是指输出量能跟随输入量的精确程度。
作为精密加工的数控机床，要求的定位精度或轮廓加工精度通常都比较高，允许的偏差一般都在0.01～0.00lmm之间。
静态上要求定位精度和重复定位精度要高，即定位误差和重复定位误差要小（以保证尺寸精度）。
动态上要求跟随精度高，即跟随误差要小，这是动态性能指标（以保证轮廓精度）。
另外，要求灵敏度高，有足够高的分辩率。
(3)快速响应性好，响应速度快且无超调：快速响应性是伺服系统动态品质的标志之一，即要求跟踪指令信号的响应要快，一方面要求过渡过程时间短，一般在200ms以内，甚至小于几十毫秒；另一方面，为满意超调要求，要求过渡过程的前沿陡，即上升率要大。
这是对伺服系统动态性能的要求，即在无超调的前提下，执行部件的运动速度的建立时间tp 应尽可能短。
通常要求从0→Fmax（Fmax→0 ）其时间应小200ms，且不能有超调，否则对机械部件不利，有害于加工质量。
（4）.调速范围要宽且要有良好的稳定性（在调速范围内）调速范围：一般要求：稳定性是指输出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特殊重要。
（5）.负载特性要硬在系统负载范围内，当负载变化时，输出速度应基本不变。
即△F尽可能小；当负载突变时，要求速度的恢复时间短且无振荡。
即△t尽可能短；另外应有足够的过载力量。
这是要求数控机床伺服系统有良好的静态与动态刚度。
（6）.能可逆运行和频繁敏捷启停。
（7）.系统的牢靠性高，维护使用便利，成本低。
高速加工技术
摘要高速加工技术已广泛应用于生产实践中，随着数控系统的发展，以及机床硬件的不断变化，高速加工技术有了很大的进步，从原来定义的普通加工速度的两倍到现在的十倍甚至更高。
高速加工除了提高生产率和加工精度外同时也有利于延长刀具寿命，简化传统工艺，在实际生产中起着越来越重要的作用。
本文介绍了高速加工的原理，以及实现数控机床的高速加工的主要需求。
关键词高速加工前瞻处理数控系统A Brief Discussion on High Speed Machining Technology //Fan XiaowenAbstract High speed machining technology has been widely applied in production practice.Along with the development of numerical control system of machine tool and the evolving hardware,high speed machining technology has made great progress,from the original definition of general processing speed by a factor of two to ten times now even higher.High speed processing in addition to improve the productivity and cutting accuracy and also helps to prolong tool life,simplified the traditional process,and it plays an increasingly important role in the actual production.This paper introduces the princi －ple of high speed machining,and main demand of realizing high speed machining for CNC machine tools.Key words speed of processing;forward -looking processing;CNC systemAuthor ＇s address Nanjing Institute of Mechatronic Technolo －gy,210037,Nanjing,Jiangsu,China高速加工技术主要研究缩短加工时切削和非切削时间，对于复杂形状，难加工材料和高硬度材料减少加工工序，实现产品的高精度和高质量。
加工中心技术参数规范
加工中心技术参数规范一、机床参数1.尺寸参数：包括整体尺寸、工作台尺寸、加工范围等。
整体尺寸应满足加工环境要求，工作台尺寸应根据加工件尺寸灵活调整，加工范围应能满足各类加工要求。
2.重量参数：包括整机重量、最大承载重量等。
机床整机重量应能满足加工精度要求，最大承载重量应满足加工件的重量需求。
3.精度参数：包括定位精度、重复定位精度等。
定位精度应满足工艺要求，重复定位精度应能保持加工精度的稳定性。
4.速度参数：包括快移速度、进给速度等。
快移速度应满足机床空载时的快速定位要求，进给速度应能满足各类加工件的加工速度需求。
二、主轴参数1.主轴转速：包括最大转速、最小转速等。
最大转速应满足高速加工的要求，最小转速应满足低速加工的需求。
2.切削能力：包括最大切削力、最大切削扭矩等。
最大切削力应能满足各类切削工艺的要求，最大切削扭矩应能满足加工件的切削需求。
3.主轴锁紧力：应能满足高速切削过程中的可靠锁紧要求。
三、控制系统参数1.数控系统类型：包括常规数控系统、高级数控系统等。
根据加工要求选择合适的数控系统类型，常规数控系统可满足基本加工需求，高级数控系统可满足复杂零件的加工需求。
2.通信接口：包括RS232接口、以太网接口等。
通信接口应与工厂信息系统进行无缝对接，以实现自动化生产管理。
3.编程方式：包括手动编程、自动编程等。
手动编程适用于简单加工工艺，自动编程适用于复杂零件的加工。
4.伺服系统：包括伺服电机、伺服驱动器等。
伺服系统应具有高速、高精度的运动控制能力，以确保工件加工的精度和稳定性。
5.辅助功能：包括刀具长度补偿、自动换刀、自动测量等。
辅助功能应满足自动化加工的需求，提高工作效率和生产自动化水平。
综上所述，加工中心技术参数规范应包括机床参数、主轴参数、控制系统参数等方面的要求，从尺寸参数、重量参数、精度参数、速度参数等方面确保加工中心的稳定运行和高效生产。
只有在严格规范和要求下，加工中心才能更好地满足各类加工要求，提高工艺品质和生产效率。
浅谈模具高速切削加工
、
和 常规 切 削相 比， 速 切 削加 工 时切 高 削 力 至 少可 降低 ３ ％ ，这 对 于加 工 刚性 Ｏ 较 差 的零 件 来 说可 减 少加 工 变形 ， 使一 些
度， 进给 量 和 切削线速度 的一致 眭。 当遇到 某 处切 削深 度可 能增加 时 ，应 降低 进给 速 度 ，因为 负载的变化 会引起 刀具的偏 斜， 从 而 降低加 工精度 ，表面质 量 和缩 短 刀具 寿 命， 故在很 多情 况下 ， 必要对 工件 轮 廓 的 有 某些 复杂部分进行 预处理 ， 以使高速 运行 的 精￣ Ｉ４ 直径刀 具 不会 因为前 道 工序 使用 ｎ ， 的较大 直径 刀具 留下 的加 工残 余而 导致 切
试 切法可以为任意半径的圆弧段设 定一个最高允许进给速度。 根据圆弧半径 的大小，我们可以动态调节进给速度 ， 首 先为不同半径圆弧段设定一个最大允许进 给速度 ， 统发现 某段 圆弧 的最大允许 进 当系 给速度小于其程编速度时， 它将 自动把进给 速度降低到该段圆弧的最大允许进给速度， 随着刀具路径变得平直 ， 系统又将进给速度 提高到机床本身的最大允许进给速度， 为了 建立不同半径圆弧段的最大允许进给速度， 首先 要建 立具有 代表 性半 径值 的 圆弧段 的 最大允 许进给速度 ， 然后通过 数学处理 就可 以在 整个加 工 范 围内为不 同半 径 的圆弧 段 确定一个相应的最大允许进给速度 。（ 这些 相应 的圆弧参 数在 刀具厂商提供 的资料 中可 以方便的查到， Ｇ 中也有相应有 功 Ｕ 能） 通过动态调节进给速度 ， 。 来保证模具 加 工 实现 高 速度 、 高精 度 。 目前 ， 高速切削技术 已在发达国家 的 模 具制 造 业 中普 遍 应用 ， 而在 我 国 的应 用 仍属 起 步 阶 段 ， 将 是 今 后加 工 技术 必 然 仍 的发 展 方 向 ， 我们 在 今 后 的教 学 中更 要 密 切关 注 该领 域 的技 术进 展 ，不断 研 究 ， 不 断学 习 ， 以便 更 好地 应 用 高速 加 工技 术 ， 从而 不断提 高玻壳模具的加工速 度和加 工精 度 ，更 好 为 社会 培 养 高技 能 人才 ， 也 更 好 地 为 生产 服 务 。 ◆
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高速加工对数控系统的要求高速数控加工正逐渐取代普通数控机床的加工，成为数控技术发展的主流。
本文讨论了高速数控加工对数控系统的基本要求，介绍了SK Y2003N型网络高速数控系统的一些基本指标，最后比较了普通数控加工与高速数控加工的差别。
1、前言高速加工技术的飞速发展得到了学术界和工业界的广泛关注，现在高速数控机床正逐渐取代普通数控机床，成为数控技术发展的主流。
一般讨论高速数控机床时都提到高主轴转速、以及高的快移速度，对实际加工有关的指标很少提到，特别是高的加速度对加工精度的重要作用的讨论较少，例如在复杂曲面的高速加工中，对大量微小线段（0.1~0.5mm）构成的N C代码，在保证加工轮廓精度的条件下，机床的进给速度究竟能达到多少？高速高精度加工对床结构、功能部件、进给系统、刀具等都有相当的要求，由于这些方面的文献和介绍比较多，在此我们不多讨论。
本文主要针对高速数控机床对数控系统的基本要求以及高速数控系统在实际高速加工中的作用及特点、要求作一些有关的探讨。
2、足够高的进给加速度是高速加工精度的保证高速加工主要是指主轴的高转速和高的进给速度以及高的进给加速度，前两者的关系有下面的公式来表达：主轴转速：N=Vc/dπ；进给速度：Vt=f zZN;f z———每一刀刃在一转中所切削的厚度，单位：m m; Z———铣刀的刃数；V c———刀具的线速度，单位：mm/m in;d———刀具的直径将N代入上式，得出进给速度：V t＝fz ZV c/dπ即在选定了刀具和切削用量的情况下，进给速度与主轴的转速成正比，因此，高速加工机床不仅要有高的主轴转速，也应具备与主轴转速相匹配的高的进给速度（不仅仅是高的空行程速度）。
此外，为了保证加工轮廓的高精度，机床还必须具备高的进给加速度，如果一台高速机床没有足够高的进给加速度，那么它是无法高速地进行高精度复杂曲面轮廓的加工的，因为它无法胜任加工复杂曲面时根据不同的曲率半径在最短的时间内不断地调整进给速度的需要。
3、高精度插补是数控系统高速、高精度化的基础C NC的伺服系统执行的是N C代码经数控系统离散后的数据，高速、高精度的加工首先要求的是极短的插补周期和高的计算精度，如FA NU16i采用纳米级的位置指令进行计算和数据交换。
图1图2插补周期△T=△L/F如△L不变，F提高一倍，插补周期△T减少一倍，在高精度轮廓加工中，要减少弦高误差ε，还需要减小△L，这样更需要短的插补周期△T(图1)。
而当采样周期△T变小后如果计算精度不足够高，就会产生误差，而且还会影响伺服速度的平稳性和连续性。
例如在X Y平面上插补一直线（图2），插补周期0.5m s，进给速度6m/m in，V y=6×s in2=0.209m/mi n; 每插补周期Y轴位置增量△LY=V y×△T=1.74μm，显然如果系统插补计算精度为1μm，不仅影响轮廓误差，还造成Y轴运行中理论速度不平稳和不连续。
四开公司的SK Y2003N型数控系统中插补精度为1纳米（0.001μm，），采样周期和插补周期为0.4m s～0.1ms。
4、前馈控制减少伺服系统滞后，补前加减速消除插补后加减速输出理论差C NC的伺服系统是复杂的控制系统，传统伺服控制系统主要是对伺服位置偏差、速度偏差进行P ID调节控制，由于没有利用已知的后继插补输出条件、机床移动部件的惯性、摩擦阻尼滞后等信息，在高速加工中的动态跟随误差会比较大。
在现代数控系统中，一般采用前馈控制减少伺服系统滞后，如SI EM EN S840D i 数控系统采用的速度前馈及转矩前馈跟踪误差补偿等技术。
4.1 伺服前馈控制减小摩擦、系统惯性等引入的跟随误差由于复杂曲面高速加工中各轴的速度都是高速变化的，为了减小复杂曲面机床系统动态过程的误差，可通过有效的摩擦前馈和加速度前馈改善动态特性。
一般伺服驱动系统对扭矩或推力指令的响应较快而速度环和位置环响应滞后，因此在现代数控系统（如SK Y2000 型数控系统）中为了加快伺服驱动器速度环、位置环响应速度，用控制系统来完成电机的速度、位置闭环（见图3），伺服驱动器只控制电流环。
图3为SK Y2000型数控系统的速度环、位置环控制框图，摩擦前馈F c可对机械系统摩擦阻力、垂向重量不平衡提前补偿，加速度前馈Ka f f可对机械运动惯量提前补偿，在实际应用中可使机床动态响应误差接近为零。
图3F c——摩擦前馈K af f——加速度前馈K p 比例增益T 电机扭矩或推力指令K v ff——速度前馈K i——误差积分K d 微分增益4.2 插补前加减速处理使加减速输出合成轨迹不变插补后各轴分别加减速使实际输出轨迹偏离插补轨迹（图4b），高速加工中插补后不论采用哪种模式加减速（指数、直线形加减速）都会产生更大轮廓误差，由于计算机CP U的运算速度和能力大大提高，在现代数控系统中一般都由软件实现补前加减速计算预测处理（图4c），使加减速后输出的空间合成轨迹与理论轨迹基本不变。
图45、续轮廓前瞻控制（L o o k a h e a d）高速加工中超前路径加减速优化预处理就象在各种路面开汽车一样，路面好，前面没有急转弯你可以油门加大开快一些，如果前面有拐弯你得提前减小油门开慢一些。
在高速加工中G代码就是路面，电机就是你的汽车，为了保证机床在高速运动条件下的精度和平稳性，系统必须看到将要执行的一系列空间待加工路径，并根据速度看得足够远。
在多轴联动控制时可根据程序预处理缓冲区里G代码（SK Y2000高速加工系统提前处理程序段允许2500行）,由各轴的理论加减速与各轴实际允许加减速对比决定是否降低当前速度或提高到理论速度，也就是根据园弧曲率半径的大小，动态地调节进给速度，其工作原理是：首先为不同半径的园弧设定一个最大允许进给速度，当数控系统发现待加工的某段园弧的最大允许进给速度小于其编程速度时，它将自动把进给速度降低到该段园弧的最大允许进给速度。
如果数控系统发现待加工的路径比较平直，则立刻将进给速度提高到所允许的最大理论允许进给速度，由机床数控系统在保证加工精度的条件下使机床尽可能在最大理论速度下进行工作，它可以在每秒钟内2000～10000次的改变进给速度来达到上述目的。
数控机床在复杂曲面的高速加工中，由于N C数据密集、数据段矢量距离短，只处理两段数据间的补前加减速会产生过大的减速度，仅采取冲击平滑处理将有较大的轮廓误差。
如图5a所示轨迹，高速加工时理论速度为V，在拐角处Pi 的速度与机床动态加减速特性有关，即与机床主轴允许的加速度a，加减速允许变化率J=da/d t有关（即运动作用力变化率减小冲击）。
要保证高的轮廓精度，必需根据速度V、各轴允许加速度a及加速度变化率j提前确立减速点P k及P i至P k各段的加速度及速度保证各点的轮廓精度，而一般系统只提前计算Pi-1至P i的加减速，在高速加工中误差较大（图5b）。
图55.1 预测合理加减速程序段在运动质量一定的条件下推力与加速度成正比即F=m a。
对于直线电机驱动的机床所能达到的加速度am a x与机床运动部件的质量和直线电机的推力有关，对于回转伺服驱动的机床与折算到电机轴的转动惯量和电机扭矩有关。
数控系统在加减速预处理时必须考虑机床所能达到的最大加速度，同时必须考虑机床平稳运行的加速度变化率，才能机床的保证动态精度。
在SK Y2000型数控系统中，多段N C代码连续轮廓的前瞻处理步骤如下：(1) 调试时确定各轴在保证跟踪精度的前提下其最大加速度ai ma x及机床运行平稳的最大加速度变化率ji ma x（j=da/d t）。
(2) 由各轴的ai ma x 及ji max确定大小圆弧最大速度。
(3) 由各轴的ai ma x 及ji max确定微线段连续运行时各程序段间允许速度及加速度，并递推预测合理减速程序段（多段程序缓冲器要足够大，保证向前搜索范围满足要求）。
图5c是通过多段N C代码前瞻优化处理后的实际轮廓轨迹，在SK Y2000数控系统中高速高精度轮廓控制方式见图6。
图65.2 高速加工前瞻处理的一般要求(1) 由于多段预测计算复杂，插补和预处理最好二个CP U并列处理，保证数据连续性、实时性。
(2) 插补时前馈控制减小加速度、摩擦变化等引起的误差。
(3) 机床结构设计中工件最好不动，各轴惯量一定，使控制简化，参数最优。
(4) 合理采用新传动元件（如直线电机）增大各轴允许加速度及加速度变化率，可减小预测程序段数，提高运行效率。
(5) 采用大容量N C代码储存器(40G以上)或高速传输方式（如速度大于10M的以太网，采用TC P/I P通讯协议）避免一般传输引起的数据饥饿现象。
6、要求系统对高速采样截尾误差的精确预估以保证系统运行的平稳性在多坐标高速采样插补中，由于采样插补周期很短（S K Y2000数控系统中，速度环、位置环采样周期为0.1m s），而反馈光栅的分辨率有限，因此在低速运行时有的坐标轴可能几十个采样周期才有一个位置脉冲，不管运行速度如何，在高速采样的任何时刻，脉冲的采样截尾误差相对于实时采样速度、位置的变化量都比较大，不能忽略。
例如：系统的采样周期0.1ms，系统在当前采样周期计数器的脉冲数为1002，上一采样周期为1000,一般认为电机在0.1ms内移动2个脉冲，但电机的实际移动量可能是2到 3 个脉冲之间，所以在控制系统中根据采样历史数据对当前采样截尾误差的精确估算，对高速采样系统运行的动态平稳性、精确性具有重要的意义。
7、案例(1) 如图所示的SK DK5060新型雕铣机床配有S KY2000型数控系统和高精度直线滚动导轨以及转速达24000转/m in的电主轴。
该机器以3～5米/mi n的进给速度插补铣削直径100m m的圆，其不圆度小于0.005～0.008m m。
(2) S KY—N系列数控系统>SK Y2000N型网络数控系统是南京四开公司在2001年推出的具有中国自主知识产权的当今世界上最顶尖的CN C系统，硬件全部为国际化采购，软件的核心部分在美国开发，其功能和性能与FA NU C160i、西门子840D i以及德国海德汉iT NC530数控系统相当或更高。
它控制核心采用DS P高速数字处理器，管理核心采用奔腾II I处理器，操作平台采用Wi n do ws2000系统,除了具有一般高档数控系统所具有的功能以外，还具有世界领先水平的3—D刀具补偿功能（5轴联动机床加工的关键功能）；高达2500～5000程序段的满足高速加工的提前预处理功能（所谓前瞻控制）；它还具有很强的抑制外部扰动力的能力，适合控制高速高精度的直线电机；具有标准以太网（TC P/IP）接口的网络功能等等。
该系统可以满足各种机床（包括数控铣床、加工中心、数控车床、各种磨床等等）的高速高精度的控制。