Heidenhain iTNC 530数控系统与高速模具加工（下）

　　3 Heidenhain iTNC 530数控系统

　　海德汉公司是一家拥有100多年历史的专门生产高精密测量元件和数控系统的跨国集团公司。所生产的高性能数控系统和测量反馈元件在模具加工和高精密加工领域中得到了广泛的应用。

　　Heidenhain的iTNC 530控制系统是适合铣床、加工中心或需要优化刀具轨迹控制之加工过程的通用性控制系统。该系统的数据处理时间比以前的TNC系列产品快8倍，所配备的“快速以太网”通讯接口能以100Mbit/s的速率传输程序数据，比以前快了10倍，新型程序编辑器具有大型程序编辑能力，可以快速插入和编辑信息程序段。在新系统中，该公司首次将NC主控计算机与驱动控制单元分开，并装了英特尔处理器。该机采用15英寸高分辨率XGA显示器（1025×768）或10.4英寸（640×480）VGA显示器显示。任何熟悉TNC系统的操作者很快便可以掌握这种新系统的操作。机械师不必记忆G代码，只需要用组合键按键就可以编制线段、弧段、循环程序。

　　针对模具加工的复杂曲面，如果要实现高速、高精和高表面质量加工，必须具备好的硬件基础、良好的伺服性能及高速控制能力。

　　高速3D控制器Heidenhain iTNC530主要特点是采用了速度更快的400 MHz的AMD处理器，iTNC530所有的实时任务均在自己开发的实时操作系统（HEROS）下完成，而且也可提供带双处理器的主计算机，一个用来运行Heidenhain操作系统，即CNC的核心“New Heros”，另一个用来运行MS Windows 2000操作系统。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Windows应用程序的需求。

　　Heidenhain iTNC530程序段的处理时间是0.5ms。几何形状越复杂、公差要求越严格，点的密度将越高。用高速进给加工时，必须更快地处理相应的NC编码，以免发生所谓的数据饥饿限制进给速度。当被处理的NC程序段的缓存中没有数据时，由于缺少定位指令，运动将停止或突变。

　　HSM的CNC的特点是程序段的处理时间要短到1ms甚至更短的时间。iTNC530完全能胜任高速加工（HSM）要求的CNC系统。

　　高速加工应用中的数控加工NC程序是在外部的CAM系统上生成的。通常，NC程序只有几百千字节，也常常有高达数百兆字节的程序。因此，HSM使用的CNC系统的重要特点是，要具有高速数据传输能力的快速以太网接口。以太网接口的传输速度是100 MBit/s，这是现今常规网络的标准速度。新型的Heidenhain CNC系统主机单元带有各类数据通信接口（Ethernet/RS232/RS422/USB等），所配备的快速以太网通信接口能以100Mb/s的速率传输程序数据。

　　iTNC 530系统采用限制加加速值并利用过滤器对加加速度进行了光滑处理。高速进给时，如果任何一个轴突然换向会导致过高加速度和加加速，将造成机床结构产生振动。通过CNC实现速度、加速度和加加速平滑方案是降低或消除该影响的好方法。

　　Heidenhain iTNC 530支持姊妹刀具的自动更换功能。为了自动处理刀具磨损或断裂需要用同尺寸的铣刀进行更换的情况，而且如果CNC支持该功能的话，操作人员可加载多个相同铣刀的换刀装置，将这些相同的铣刀标识为姊妹刀具用于NC程序的调用。CNC将自动用这些特定的姊妹刀具更换磨损或断裂的铣刀，继续完成NC程序。

　　Heidenhain iTNC 530的“预读”功能为256行。所谓“预读”功能预先计算每一个程序段所应采用的正确速度和加速度，并生成速度和加速度配置方案以便满足编程的刀具路径要求。预先计算的信息被读入到CNC系统内的缓存中，并按加工中的程序要求从缓存中调用。一旦缓存中没有数据，由于CNC系统的计算速度无法跟上进刀速度，机床将停止运动直到达到下一个预先计算行为止。这种问题被称为数据饥饿。现代CNC系统的程序段处理时间越来越短，为避免发生数据饥饿需要数控系统预读的行数也越来越少。

　　在强大硬件的支持下，iTNC 530采用了全数字化驱动技术。其位置控制器、速度控制器和电流控制器全部实现数字控制。数字电机控制技术能获得非常高的进给速率。iTNC 530在同时插补多达5轴时，还能使转速高达40000r/min的数控主轴达到要求的切削速度。

　　该系统通用性好并适合五坐标控制，在需要优化刀具轨迹控制的情况下，其强大的控制能力可计算实际坐标系，因而简化了加工循环的编程。

　　在脱线编制3D形状程序时，该系统可计算单台机床的几何结构，所以同一程序可用于不同的机床。

　　4 结语

　　模具高速加工技术目前已在发达国家的模具制造业中普遍应用，而在我国的应用范围及应用水平仍有待提高，随着我国模具工业的发展，采用高速切削生产模具已经成为模具制造的大趋势，高速切削逐渐取代电火花精加工模具在国外的模具制造企业已经普遍采用，高速切削生产模具已经成为逐渐模具制造的大趋势，大大提高了模具生产效率和质量。在德国用HSC技术生产模具以来，实现了生产成本和加工时间的大幅下降，相对以前用的电火花方法，生产锻模的成本下降了50到60％，而加工时间下降了约70％，已经显示了其为模具制造企业带来的巨大利益。

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