新一代Sinumerik数控系统:进一步提高刀具和模具制造效率

Siemens AG Industry Sector Wolfgang Reichart

机床生产率在很大程度上取决于控制系统的功能和效率。Sinumerik数控系统早在引入Sinumerik Operate和“MDynamics”工艺包之初，就已经使机床生产率达到很高水平。在此基础上，新一代Sinumerik系统进一步提升机床在刀具制造和模具制造过程中的性能。例如:在三轴和五轴铣削中，经过改善的数控功能在保持高表面质量甚至改进表面质量的同时，能够明显地缩短加工时间。虽然新功能更加强大，但其操作和编程却变得更加简单，因此现在配备Sinumerik系统的机床及其操作人员都可以更加灵活地投入作业。

图1 新一代Sinumerik系统软件不仅支持面向车间的生产，也支持CAD/CAM生产链。机床和人员因此可以更加灵活地投入作业，而这正是刀具和模具制造业的趋势。

进一步改善了三轴铣削、 “三轴+两轴”铣削和五轴铣削功能

在各项数控功能中，“精优表面”运动控制功能以及“MDynamics”工艺包中的一些核心功能已经过进一步改善。而“二代预读”功能不仅可以优化速度特性，还可以优化相邻铣削轨迹的加速度特性和急动度特性。因此，相邻铣削轨迹的加工更加均匀平稳，这一方面提高了工件表面质量;另一方面，由于更充分地利用了机床动态响应，因此同时提高了平均进给速度，缩短了切削时间。

图2 更高的工件表面质量、更充分地利用机床动态响应:Sinumerik数控系统的全新Orison功能可在五轴加工中确保稳定的刀具定向。

切削时间可缩短10%

“预读”功能可以缩短切削时间，改善表面质量，主要用于加工任意形状的工件以及其他结构复杂的工件。老版本的“预读”功能已经非常强大，但与之相比，“二代预读”在实际应用中可使切削时间缩短5%～10%。

带连续刀具定向的五轴铣削

全新的用于五轴同步铣削的数控功能Orison(Orientation Smoothing On)既可以提升加工速度，也可以优化工件质量。

在对振动轮廓进行五轴铣削时，机床动态响应会因回转轴的定向运动 (即将刀具对准当前的轮廓曲线)大大削弱。通常，补偿运动在程序段切换时进行，而急剧的补偿运动会导致机床振动，控制环振荡。另外，即使只有十分之几度的急剧刀具定向也会使刀尖的轨迹速度发生显著变化，原因是，由回转轴回转点、刀架和刀具得出的长度在定向运动和进给运动的叠加中会产生“杠杆”效应。在该过程中，如果刀具相对于工件轮廓移动，会导致刀具短暂停止，在极端情况下刀具甚至会暂时反转方向。所有上述由急剧刀具定向引起的加工异常会在工件表面上留下明显的加工痕迹，同时也会大大延长加工时间。

为此，西门子为Sinumerik数控系统开发了Orison功能。该功能可对回转轴运动进行平滑，以实现刀具定向。在指定的加工公差范围内，Orison对定向运动进行连续预插补，然后执行定向运动。该功能可以最大程度地消除引发异常振动的主要来源，使刀尖运动更加平稳，这样在改善工件表面质量的同时，也提高了加工速度。

图2 高价值创新，界面操作可靠:经过优化的NC和HMI功能以及一系列性能强大的CPU，提升了HSC加工的生产率。

图3 现在，借助进一步优化的“二代预读”功能可以更简单的快速铣削出最优质的工件表面。通过协调速度特性、加速度特性和急动度特性，来提高平均轨迹速度缩短加工时间。

用于“三轴+两轴”加工和五轴加工的扩展退刀功能

使用新一代的Sinumerik数控软件，可以在按下急停按钮或掉电后退出“三轴+两轴”加工或五轴加工中插在钻孔或者螺纹中的刀具，迅速恢复生产。新退刀功能在原有退刀功能基础上进行了扩展，使所有参与加工的轴 (攻丝中甚至包括主轴)在JOG模式下也可进行协调插补，退刀过程因此更简单。无论是“三轴+两轴”加工还是五轴加工，系统都通过CYCLE800或TCP功能TRAOFI考虑到了各种攻丝循环的特殊性。

在某些情况下，该功能不仅明显节约了加工时间，而且还提高了工件在退刀后继续加工成“成品”的几率。

操作和编程-更强大，更简便

Sinumerik Operate系统的操作和编程界面持续不断地吸取最新系统版本中NCK的改进。因此，现在在五轴加工高速设置循环CYCLE832中，可以直接给定精加工和粗加工时回转轴的定向公差。凡是熟悉该循环的操作编程人员，都可以直接通过循环界面和输入提示栏输入五轴加工ORISION的定向公差。

针对系统中的新扩展退刀功能，操作界面上也进一步简化了故障处理。现在，即使在按下急停按钮或掉电后，也可通过程序段搜索直接找出中断点，更快地恢复加工。

“Manual Machine”功能现在也可投入铣削应用

借助“Manual Machine”功能数控机床可以进行一些简单的、无需数控编程的钻铣加工，这相当于操作一台纯手动机床，只是操作更加舒适。这是因为Sinumerik Operate中集成了车间软件，为用户提供高效的简单钻铣循环。

五轴仿真

新一代系统软件在仿真功能方面有诸多改进，其中增加了测量循环的仿真，主要是五轴程序的仿真。相比之前，现在的仿真更容易理解和验证。

另外，仿真视图可通过鼠标和软键加以控制。现在可以直接旋转3D视图并修改速度倍率，通过快捷键 (Ctrl+M)可以切换当前仿真速度和最大仿真速度。

全新高速CPU使操作更舒适

全新高速CPU的最大受益者是配备1B型Sinumerik 840D sl系统的机床的操作员。该系统具有全新的高性能NCU，采用多核处理器并可接入Profinet。操作人员能够直接感受到性能的显著提升:操作更流畅，仿真速度更高，后者在复杂的模具程序仿真中更显优势。

模具加工快速视图可以快速显示复杂零件程序的加工画面，它的功能得到了进一步的扩展。现在可单独显示或隐藏G0和G1程序段对应的线和点，因此在实际应用中操作人员可查看工件的各种预视图 (见图5)。即使没有任何结构图或其他图纸，操作人员也可凭借这些视图在最短时间内了解待加工模具，这大大有助于模具加工的准备工作和机床设置。

图5 在模具生产的快速视图中，可通过选中和撤销不同的NC程序段类型在多个工件的预视图之间进行切换。

增加了html预览功能，可实现无纸化加工，方便交互式机床文档的创建

早在引入HMI软件Sinumerik Operate之初，西门子数控系统就可以直接在程序管理器中显示文本、数控程序、图形及PDF文件。新的系统版本如今增加了html文件的显示，不管文件是位于本地、USB存储器还是网络驱动器中。该功能不仅有助于企业实现无纸化加工，还可以使机床制造商简单方便地在机床上直接创建交互式操作说明。

丰富多样的测量循环可以更好地测量机床的几何尺寸

新的系统软件大规模扩展了Sinumerik数控系统的测量循环。所有测量循环都配有动画图形元素，这些图形元素可在programGuide或工步式编程ShopMill中直观生动地显示循环的详细功能以及参数设置，方便用户掌握测量循环的一些复杂功能，如:在进行自动测量时如何考虑保护区、隔断或中间轮廓，以防止测头发生碰撞。此外，所有的测量循环都可进行仿真。因此，在仿真中可以全面检查零件程序以及过程测量。

另一项新功能是，通过切换式测头和测量球也可以测量机床本身的几何尺寸，比如:循环CYCLE995和CYCLE996可持续测量主轴和机床轴之间的角度差。根据测量结果可对误差进行校正。

CYCLE995支持使用测球和测杆进行的测量，因此它可以代替目前常见的用塞规和测压计进行的手动测量，该过程非常费时费力。

简单的增值途径

西门子数控系统引入运动控制功能“精优表面”和涵盖了所有面向高要求铣削工艺的循环与功能的“Mdynamics”智能工艺包后，就成为了刀具和模具制造商的首选。如今西门子推出的1B型Sinumerik 840D sl配有新一代的Sinumerik Operate软件系统以及性能强劲的CPU，将为铣床制造商、刀具制造和模具制造商带来更大的竞争优势。

结束语

使用最新的Sinumerik数控系统软件，可以明显提高优质工件表面的加工速度，可以为客户带来更好的铣削工艺、更优质的工件表面、更高的计算效率及更智能的操控，全面提升了刀具制造和模具制造的效率。

Sinumerik系列虽然已经在行业内树立标杆，但仍不断地优化其运动控制功能，改善操作与编程界面，使用更高性能的的CPU，为刀具和模具制造商带来切实的竞争优势。