大型超精密機床數控系統的研制

1、超(chao)精(jing)密加工技(ji)術已成為(wei)一個國家制造技(ji)術水平的(de)(de)重(zhong)要標志之一，是先進制造技(ji)術的(de)(de)重(zhong)要支(zhi)柱和提高制造技(ji)術水平的(de)(de)關鍵。

而作(zuo)(zuo)為(wei)超精密(mi)加工技術(shu)(shu)基礎(chu)的超精密(mi)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)也已(yi)廣泛應用(yong)于國(guo)(guo)防工業、信息工業和民(min)用(yong)產品的加工中，成為(wei)各國(guo)(guo)優先(xian)發展(zhan)的關鍵加工設(she)備(bei)，各國(guo)(guo)均對作(zuo)(zuo)為(wei)機(ji)床(chuang)核心的數(shu)控(kong)技術(shu)(shu)進行保密(mi)，以確保其在制造領域內的優勢地位。

美國(guo)(guo)、英國(guo)(guo)、德國(guo)(guo)和日(ri)本等發(fa)達國(guo)(guo)家都把(ba)發(fa)展超(chao)(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)數(shu)控(kong)(kong)機床(chuang)加(jia)工(gong)(gong)(gong)技術作為發(fa)展國(guo)(guo)家制(zhi)造技術的重要戰(zhan)略，并(bing)取得(de)了很大成就。而(er)我(wo)國(guo)(guo)雖在超(chao)(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)數(shu)控(kong)(kong)技術方(fang)面進(jin)行了大量的研(yan)(yan)究，也(ye)已有(you)數(shu)家機構(gou)研(yan)(yan)制(zhi)出了超(chao)(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)數(shu)控(kong)(kong)機床(chuang)，但(dan)卻(que)不能滿足航空(kong)航天工(gong)(gong)(gong)業、民(min)用電子工(gong)(gong)(gong)業等對超(chao)(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)加(jia)工(gong)(gong)(gong)設備(bei)的需求，很多(duo)超(chao)(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)數(shu)控(kong)(kong)機床(chuang)仍主要依賴進(jin)口(kou)，尤其(qi)是還沒有(you)開發(fa)出能加(jia)工(gong)(gong)(gong)600mm以(yi)上尺(chi)寸零件的大型(xing)超(chao)(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)數(shu)控(kong)(kong)加(jia)工(gong)(gong)(gong)的設備(bei)。因此，迫切需要研(yan)(yan)制(zhi)該類超(chao)(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)數(shu)控(kong)(kong)機床(chuang)極其(qi)相(xiang)關技術，以(yi)填(tian)補空(kong)白(bai)，提(ti)升我(wo)國(guo)(guo)在大型(xing)超(chao)(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)零件加(jia)工(gong)(gong)(gong)方(fang)面的技術水平。

2、數(shu)控系統的硬件構(gou)成與(yu)功能bookmark1載(zai)體送來的加(jia)工信(xin)息，經計算(suan)和處理后去控制機(ji)床執行加(jia)工任務。

數(shu)(shu)控(kong)裝置(zhi)選用(yong)FANUC-18I，具有響(xiang)(xiang)應速度快，精度高的特(te)點，其CPU為(wei)32位計(ji)(ji)(ji)數(shu)(shu)，當(dang)以滿行程(cheng)為(wei)600mm計(ji)(ji)(ji)算時，最(zui)小(xiao)脈沖當(dang)量(liang)可(ke)(ke)達1nm.因此，數(shu)(shu)控(kong)系(xi)(xi)統的分辨力主(zhu)要取決于(yu)檢(jian)測反饋系(xi)(xi)統，數(shu)(shu)控(kong)裝置(zhi)（CNC）與伺服單元之(zhi)間選用(yong)高速串行通訊接口FSSB協議，可(ke)(ke)降低(di)外界(jie)干擾的影響(xiang)(xiang)，最(zui)大(da)(da)限(xian)度地減小(xiao)連接電(dian)纜；選用(yong)了AI（人工(gong)智(zhi)能）納(na)米輪廓控(kong)制(zhi)模塊，不需(xu)要使用(yong)任何特(te)殊硬件，即可(ke)(ke)對直線和圓弧(hu)進行納(na)米插補，另(ling)外還選用(yong)了NURBS曲線插補模塊，從而可(ke)(ke)以獲得(de)更接近于(yu)零件設計(ji)(ji)(ji)形(xing)狀(zhuang)的光潔加工(gong)表(biao)面，并能提高插補精度，減小(xiao)高速傳輸(shu)大(da)(da)容量(liang)微小(xiao)程(cheng)序段的壓(ya)力。

X、Z軸的(de)(de)伺服電機(ji)和工作臺C1軸的(de)(de)磨擦(ca)輪驅(qu)動(dong)電機(ji)均選用ai系列電機(ji)。伺服驅(qu)動(dong)器采用高速(su)高精度(du)的(de)(de)HRV（HighResponseVector）控制，并具(ju)有高精度(du)的(de)(de)電流檢出(chu)能力(li)，可以實(shi)現高速(su)、高精度(du)、穩定的(de)(de)進給。

進(jin)給軸X、Z采(cai)用雙(shuang)反饋的(de)(de)策略，速(su)度反饋通過(guo)裝在(zai)伺服(fu)電機上(shang)的(de)(de)光電編碼器(qi)來實(shi)(shi)現，位(wei)置(zhi)反饋利用海(hai)德漢(han)（Heidenhain）的(de)(de)精密光柵(zha)尺實(shi)(shi)現，并選(xuan)配(pei)倍頻(pin)轉換卡(ka)，使(shi)位(wei)置(zhi)分(fen)辨(bian)(bian)力達到40nm以(yi)上(shang)，從(cong)而使(shi)得整個數(shu)(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)(kong)伺服(fu)系(xi)統(tong)的(de)(de)分(fen)辨(bian)(bian)力優于50nm.本系(xi)統(tong)旨在(zai)為“大(da)型(xing)非球面(mian)光學零件超(chao)精密機床‘提供滿足技(ji)術要求的(de)(de)配(pei)套數(shu)(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)(kong)系(xi)統(tong)。所裝配(pei)的(de)(de)機床布局為雙(shuang)立(li)柱、雙(shuang)橫梁立(li)式(shi)龍門結構，為X軸和Z軸兩(liang)軸聯動加(jia)工(gong)，X軸的(de)(de)最(zui)大(da)行程(cheng)為600mm，Z軸的(de)(de)最(zui)大(da)行程(cheng)為200旋轉工(gong)作(zuo)臺(tai)為摩擦輪驅動。機床加(jia)工(gong)工(gong)件最(zui)大(da)直徑為01000mm，加(jia)工(gong)精度優于2Um，要求數(shu)(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)(kong)系(xi)統(tong)的(de)(de)分(fen)辨(bian)(bian)率為50nm.為滿足超(chao)精密數(shu)(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)(kong)機床的(de)(de)工(gong)業化(hua)和實(shi)(shi)用化(hua)的(de)(de)要求，數(shu)(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)(kong)系(xi)統(tong)的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)(kong)裝置(zhi)選(xuan)用FANUC- 18I作(zuo)為本系(xi)統(tong)的(de)(de)CNC裝置(zhi)。控(kong)(kong)(kong)(kong)制系(xi)統(tong)的(de)(de)硬件結構如所示。

本超精密機(ji)床的(de)數(shu)控系(xi)統主要由工業PC機(ji)，數(shu)控裝置（CNC），X、Z軸(zhou)伺服(fu)進給(gei)系(xi)統，位置'反饋(kui)系(xi)統，工作臺(tai)進給(gei)系(xi)統和主軸(zhou)進給(gei)系(xi)統6大部(bu)分組(zu)成。

數(shu)控(kong)裝置是數(shu)控(kong)系統的(de)核心，其功(gong)能(neng)是接受reserved.組(zu)合(he)機：床與自動化加工(gong)技術（600mm）、高分辨力（50mi）的(de)指標要求，而且能(neng)頭(tou)現人工(gong)智能(neng)納(na)米輪廓控(kong)制(zhi)和(he)高精度的(de)NURBS插補(bu)。

3、數控(kong)系統的(de)軟(ruan)(ruan)件結(jie)構與功能(neng)bookmark4超(chao)精密機床數控(kong)系統的(de)軟(ruan)(ruan)件控(kong)制管理(li)技(ji)術是其關鍵技(ji)術。

為實現系統(tong)的開放性和實時性，特研制一套較為完善(shan)的數控(kong)機(ji)床的控(kong)制管(guan)理軟(ruan)件(jian)，其(qi)具有文檔管(guan)理、數控(kong)編程、參(can)數設置(zhi)、數控(kong)加工(gong)、加工(gong)仿真、故障(zhang)診(zhen)斷等(deng)功(gong)能。