大型超精密機床數控系統的研制

1、超精密加工技(ji)(ji)術已成(cheng)為一(yi)個(ge)國家制造技(ji)(ji)術水平(ping)的(de)重(zhong)要標志之(zhi)一(yi)，是先進制造技(ji)(ji)術的(de)重(zhong)要支柱(zhu)和提高制造技(ji)(ji)術水平(ping)的(de)關(guan)鍵。

而作為超精(jing)密加(jia)(jia)工技術基礎的(de)超精(jing)密數控(kong)機(ji)床也已廣泛應用于國(guo)防工業、信息工業和民用產品(pin)的(de)加(jia)(jia)工中，成為各國(guo)優先發展的(de)關鍵加(jia)(jia)工設備，各國(guo)均對(dui)作為機(ji)床核心的(de)數控(kong)技術進行保密，以確保其在制造領域內的(de)優勢地位。

美國(guo)(guo)、英國(guo)(guo)、德國(guo)(guo)和日(ri)本等發(fa)達國(guo)(guo)家(jia)都把發(fa)展超(chao)(chao)精(jing)(jing)密數(shu)控機(ji)(ji)床加工(gong)(gong)(gong)技(ji)術(shu)(shu)(shu)作(zuo)為發(fa)展國(guo)(guo)家(jia)制(zhi)造技(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)重要(yao)戰(zhan)略，并取(qu)得了很大(da)成(cheng)就。而我國(guo)(guo)雖在(zai)超(chao)(chao)精(jing)(jing)密數(shu)控技(ji)術(shu)(shu)(shu)方面(mian)進行了大(da)量(liang)的(de)(de)研(yan)究，也已有數(shu)家(jia)機(ji)(ji)構研(yan)制(zhi)出(chu)了超(chao)(chao)精(jing)(jing)密數(shu)控機(ji)(ji)床，但卻不能滿足航(hang)空(kong)航(hang)天工(gong)(gong)(gong)業、民用電(dian)子工(gong)(gong)(gong)業等對超(chao)(chao)精(jing)(jing)密加工(gong)(gong)(gong)設備的(de)(de)需(xu)求，很多超(chao)(chao)精(jing)(jing)密數(shu)控機(ji)(ji)床仍主要(yao)依(yi)賴進口，尤其(qi)是(shi)還沒有開發(fa)出(chu)能加工(gong)(gong)(gong)600mm以上尺(chi)寸零件的(de)(de)大(da)型超(chao)(chao)精(jing)(jing)密數(shu)控加工(gong)(gong)(gong)的(de)(de)設備。因此，迫切需(xu)要(yao)研(yan)制(zhi)該類超(chao)(chao)精(jing)(jing)密數(shu)控機(ji)(ji)床極其(qi)相關技(ji)術(shu)(shu)(shu)，以填(tian)補空(kong)白，提升我國(guo)(guo)在(zai)大(da)型超(chao)(chao)精(jing)(jing)密零件加工(gong)(gong)(gong)方面(mian)的(de)(de)技(ji)術(shu)(shu)(shu)水平(ping)。

2、數控(kong)系統的(de)硬件構成(cheng)與功能bookmark1載體送來(lai)的(de)加工(gong)信息，經(jing)計算和處理后(hou)去控(kong)制機床執行(xing)加工(gong)任務。

數控(kong)裝(zhuang)置選(xuan)(xuan)用FANUC-18I，具有響(xiang)應速度(du)快，精度(du)高的(de)特點，其CPU為32位計(ji)數，當(dang)以滿行程為600mm計(ji)算時，最小(xiao)脈沖當(dang)量(liang)可(ke)(ke)(ke)達1nm.因此，數控(kong)系統(tong)的(de)分(fen)辨力主(zhu)要取(qu)決于檢(jian)測(ce)反(fan)饋系統(tong)，數控(kong)裝(zhuang)置（CNC）與(yu)伺服單元之間選(xuan)(xuan)用高速串行通訊接口FSSB協議，可(ke)(ke)(ke)降低外界干擾的(de)影響(xiang)，最大限度(du)地(di)減小(xiao)連接電纜；選(xuan)(xuan)用了AI（人工(gong)智能）納米輪(lun)廓控(kong)制(zhi)模塊，不需要使用任何特殊硬件，即(ji)可(ke)(ke)(ke)對直線(xian)和圓弧進行納米插(cha)補，另外還選(xuan)(xuan)用了NURBS曲線(xian)插(cha)補模塊，從而可(ke)(ke)(ke)以獲得更接近于零件設計(ji)形(xing)狀(zhuang)的(de)光潔加工(gong)表面，并能提高插(cha)補精度(du)，減小(xiao)高速傳輸大容量(liang)微(wei)小(xiao)程序段的(de)壓(ya)力。

X、Z軸(zhou)的伺服(fu)電機和工(gong)作臺C1軸(zhou)的磨(mo)擦輪驅(qu)動電機均選用(yong)ai系列電機。伺服(fu)驅(qu)動器采用(yong)高速高精(jing)度(du)的HRV（HighResponseVector）控制(zhi)，并具有高精(jing)度(du)的電流檢出能力，可以實現高速、高精(jing)度(du)、穩定的進給(gei)。

進(jin)給(gei)軸(zhou)(zhou)(zhou)X、Z采用(yong)雙反饋的(de)(de)(de)(de)(de)策略，速度(du)反饋通過裝(zhuang)在(zai)伺服(fu)電(dian)機(ji)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)光電(dian)編碼器來實現(xian)，位(wei)置反饋利用(yong)海德漢（Heidenhain）的(de)(de)(de)(de)(de)精(jing)密光柵尺實現(xian)，并選配倍頻轉(zhuan)(zhuan)換卡，使(shi)位(wei)置分辨力達到40nm以上(shang)，從而使(shi)得整個數(shu)控伺服(fu)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)分辨力優于50nm.本系(xi)統(tong)(tong)旨在(zai)為(wei)(wei)“大型非(fei)球面光學零件(jian)超(chao)精(jing)密機(ji)床‘提(ti)供滿(man)足技術要(yao)求(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)配套數(shu)控系(xi)統(tong)(tong)。所裝(zhuang)配的(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)床布(bu)局為(wei)(wei)雙立柱、雙橫梁(liang)立式龍門(men)結(jie)(jie)構(gou)，為(wei)(wei)X軸(zhou)(zhou)(zhou)和(he)Z軸(zhou)(zhou)(zhou)兩(liang)軸(zhou)(zhou)(zhou)聯動加(jia)工(gong)，X軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)(de)(de)最大行程為(wei)(wei)600mm，Z軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)(de)(de)最大行程為(wei)(wei)200旋轉(zhuan)(zhuan)工(gong)作(zuo)臺為(wei)(wei)摩擦輪驅(qu)動。機(ji)床加(jia)工(gong)工(gong)件(jian)最大直徑(jing)為(wei)(wei)01000mm，加(jia)工(gong)精(jing)度(du)優于2Um，要(yao)求(qiu)(qiu)數(shu)控系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)分辨率為(wei)(wei)50nm.為(wei)(wei)滿(man)足超(chao)精(jing)密數(shu)控機(ji)床的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)業(ye)化和(he)實用(yong)化的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)(qiu)，數(shu)控系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)控裝(zhuang)置選用(yong)FANUC- 18I作(zuo)為(wei)(wei)本系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)CNC裝(zhuang)置。控制系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)硬件(jian)結(jie)(jie)構(gou)如所示。

本(ben)超精密機床(chuang)的數(shu)控系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)主(zhu)要由工(gong)業PC機，數(shu)控裝置（CNC），X、Z軸伺(si)服進給系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)，位置'反饋系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)，工(gong)作(zuo)臺進給系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)和主(zhu)軸進給系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)6大部分組成。

數控裝(zhuang)置是數控系(xi)統的(de)核心，其功能(neng)是接受reserved.組合機(ji)：床與自動化加工(gong)技(ji)術（600mm）、高分辨力(li)（50mi）的(de)指標要求，而且能(neng)頭(tou)現人(ren)工(gong)智能(neng)納米(mi)輪廓控制和(he)高精度的(de)NURBS插補(bu)。

3、數(shu)(shu)控(kong)系統的軟(ruan)(ruan)件結構與功能bookmark4超精密機床數(shu)(shu)控(kong)系統的軟(ruan)(ruan)件控(kong)制管(guan)理技術是其關(guan)鍵(jian)技術。

為實現系(xi)統的開(kai)放性和(he)實時性，特研制一套(tao)較為完善的數控(kong)機(ji)床(chuang)的控(kong)制管(guan)理軟件，其具有(you)文檔管(guan)理、數控(kong)編程、參數設(she)置、數控(kong)加工、加工仿真、故障(zhang)診斷等功能。