随着速度的提高,操作者无暇做出反应。考虑到这一点,许多高性能的机床都是自行监控的,无须操作者干预。机床若无承受*坏情况的能力,操作者也无任何办法。若操作者不能保护机床,那么*好的办法就是让机床自己保护自己。这就要求CNC系统必须*快地响应异常状态,机床必须*快地响应系统的指令,因控制回路和机械零部件造成的延时应*小。位置伺服控制回路有控制延时功能。在伺服反馈系统中,控制回路响应位置的指令值和实际值之差。如果系统的增益低,会使指令值和实际值的误差大,随着速度的升高误差也会加大。
如果系统想使一个高速移动的轴停止,误差就会大,使其停止的移动距离也就长。降低伺服误差的一个方法就是提高伺服回路的增益。但提高增益受到控制回路震荡的限制。为避免震荡而提高增益可以使用特殊的电机和驱动机构,如直线电机,空心滚珠丝杠或直接驱动。另一个方法是采用“前馈”控制。此方法是将部分的位置指令值乘以“前馈”系数后与输出相加。其目的是消除位置回路的任何误差。前馈系数为10%,可将指令值与实际值的误差减小到几乎为零,因而控制回路的延时也可减到零。此外,还有其它延时,如由于运动部件的惯性造成的停止延时。根据牛顿第二定律,移动一个物体必须加一力,它是速度和停止距离的函数,即F一。5(,n/二)火V三。
由该式看出,如果质量加大一倍,停止距离减少一半,则需力加大一倍。但是,若将速度加大一倍,则必须按平方值加大停止力。就是说,力对速度的变化非常敏感,这是在高速加工时必须考虑的问题。机床的设计是根据材料的性质考虑机床允许的变形,使受力不超过确定的极限。机床开发时,设计人员必须对机床的材质和所受的动态力进行权衡。控制特性如伺服前馈和先进的机械设计可以增加机床的自我保护能力。除机床外,还要对加工中的刀具进行保护。机床的设计师们早已了解刀具的颤振或振动会使加工件不合格或是损坏机床。控制刀具颤振的一种方法与预测颤振产生条件的处理图像有关。
此时,判定刀具颤振的准则有,主轴转速、刀具的几何形状和切削深度等。根据材料绘制不同的图像,有了这一图像计算机就可检测已有的条件,确定是否产生颤振。这种方法是对不同的刀具和材料“学习”得到的。控制是预测性的。另一些方法是用声学或应力仪器监测刀具的振动。用传感器和软件寻找刀具颤振的迹象,假设软件识别出了刀具颤振,控制系统就修改切削参数以减小或消除刀具的颤振。本质上这是适应控制,不需要学习。当前控制刀具颤振的方法有一种混合技术,即将预测图像和适应监测合二而一。有混合控制功能的计算机可以作为一种在线设备。用1/0口或开放系统将计算机连到CNC上可得到良好的控制效果。实施监控时,系统也学习,其结果产生了良好的过程图像和精确的预测。上述这些先进的设备目前已经投入使用。高性能的加工需要使用这些技术以满足用户的要求。这些技术不只是为了满足高性能加工的要求,还可以大大改善加工过程。