高速電火花加工技術(shù)的飛速發(fā)展得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，現(xiàn)在高速數(shù)控電火花機(jī)床正逐漸取代普通數(shù)控機(jī)床，成為數(shù)控技術(shù)發(fā)展的主流。一般討論高速數(shù)控機(jī)床時(shí)都提到高主軸轉(zhuǎn)速、以及高的快移速度，對(duì)實(shí)際加工有關(guān)的指標(biāo)很少提到，特別是高的加速度對(duì)加工精度的重要作用的討論較少，例如在復(fù)雜曲面的高速加工中，對(duì)大量微小線段（0.1~0.5mm）構(gòu)成的NC代碼，在保證加工輪廓精度的條件下，機(jī)床的進(jìn)給速度究竟能達(dá)到多少？高速高精度加工對(duì)床結(jié)構(gòu)、功能部件、進(jìn)給系統(tǒng)、刀具等都有相當(dāng)?shù)囊?，由于這些方面的文獻(xiàn)和介紹比較多，在此我們不多討論。本文主要針對(duì)高速數(shù)控電火花機(jī)床對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的基本要求以及高速數(shù)控系統(tǒng)在實(shí)際高速加工中的作用及特點(diǎn)、要求作一些有關(guān)的探討。
1、足夠高的進(jìn)給加速度是高速加工精度的保證
高速加工主要是指主軸的高轉(zhuǎn)速和高的進(jìn)給速度以及高的進(jìn)給加速度，前兩者的關(guān)系有下面的公式來(lái)表達(dá)：
主軸轉(zhuǎn)速：N=Vc/dπ；
進(jìn)給速度：Vt=fzZN;
fz ——— 每一刀刃在一轉(zhuǎn)中所切削的厚度，單位：mm;
Z ——— 銑刀的刃數(shù)；
Vc ——— 刀具的線速度，單位：mm/min;
d ——— 刀具的直徑
將N代入上式，得出進(jìn)給速度：Vt＝fzZVc/dπ
即在選定了刀具和切削用量的情況下，進(jìn)給速度與主軸的轉(zhuǎn)速成正比，因此，高速電火花穿孔機(jī)加工機(jī)床不僅要有高的主軸轉(zhuǎn)速，也應(yīng)具備與主軸轉(zhuǎn)速相匹配的高的進(jìn)給速度（不僅僅是高的空行程速度）。此外，為了保證加工輪廓的高精度，機(jī)床還必須具備高的進(jìn)給加速度，如果一臺(tái)高速機(jī)床沒(méi)有足夠高的進(jìn)給加速度，那么它是無(wú)法高速地進(jìn)行高精度復(fù)雜曲面輪廓的加工的，因?yàn)樗鼰o(wú)法勝任加工復(fù)雜曲面時(shí)根據(jù)不同的曲率半徑在最短的時(shí)間內(nèi)不斷地調(diào)整進(jìn)給速度的需要。
2、高精度插補(bǔ)是數(shù)控系統(tǒng)高速、高精度化的基礎(chǔ)
數(shù)控的伺服系統(tǒng)執(zhí)行的是NC代碼經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)離散后的數(shù)據(jù)，高速、高精度的加工首先要求的是極短的插補(bǔ)周期和高的計(jì)算精度，如FANU16i采用納米級(jí)的位置指令進(jìn)行計(jì)算和數(shù)據(jù)交換。
插補(bǔ)周期 △T=△L/F
如△L不變，F提高一倍，插補(bǔ)周期△T減少一倍，在高精度輪廓加工中，要減少弦高誤差ε，還需要減小△L，這樣更需要短的插補(bǔ)周期△T。
而當(dāng)采樣周期△T變小后如果計(jì)算精度不足夠高，就會(huì)產(chǎn)生誤差，而且還會(huì)影響伺服速度的平穩(wěn)性和連續(xù)性。例如在XY平面上插補(bǔ)一直線，插補(bǔ)周期0.5ms，進(jìn)給速度6m/min，Vy=6×sin2=0.209m/min; 每插補(bǔ)周期Y軸位置增量△LY=Vy×△T=1.74μm，顯然如果系統(tǒng)插補(bǔ)計(jì)算精度為1μm，不僅影響輪廓誤差，還造成Y軸運(yùn)行中理論速度不平穩(wěn)和不連續(xù)。
3、前饋控制減少伺服系統(tǒng)滯后，補(bǔ)前加減速消除插補(bǔ)后加減速輸出理論差
數(shù)控的伺服系統(tǒng)是復(fù)雜的控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)主要是對(duì)伺服位置偏差、速度偏差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)控制，由于沒(méi)有利用已知的后繼插補(bǔ)輸出條件、機(jī)床移動(dòng)部件的慣性、摩擦阻尼滯后等信息，在高速加工中的動(dòng)態(tài)跟隨誤差會(huì)比較大。在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中，一般采用前饋控制減少伺服系統(tǒng)滯后。
（1） 伺服前饋控制減小摩擦、系統(tǒng)慣性等引入的跟隨誤差
由于復(fù)雜曲面高速加工中各軸的速度都是高速變化的，為了減小復(fù)雜曲面機(jī)床系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的誤差，可通過(guò)有效的摩擦前饋和加速度前饋改善動(dòng)態(tài)特性。一般伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)扭矩或推力指令的響應(yīng)較快而速度環(huán)和位置環(huán)響應(yīng)滯后，因此在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中為了加快伺服驅(qū)動(dòng)器速度環(huán)、位置環(huán)響應(yīng)速度，用控制系統(tǒng)來(lái)完成電機(jī)的速度、位置閉環(huán)，伺服驅(qū)動(dòng)器只控制電流環(huán)。
（2） 插補(bǔ)前加減速處理使加減速輸出合成軌跡不變
插補(bǔ)后各軸分別加減速使實(shí)際輸出軌跡偏離插補(bǔ)軌跡，高速加工中插補(bǔ)后不論采用哪種模式加減速（指數(shù)、直線形加減速）都會(huì)產(chǎn)生更大輪廓誤差，由于計(jì)算機(jī)CPU的 運(yùn)算速度和能力大大提高，在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中一般都由軟件實(shí)現(xiàn)補(bǔ)前加減速計(jì)算預(yù)測(cè)處理，使加減速后輸出的空間合成軌跡與理論軌跡基本不變。
（未完，接下篇）
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