大型超精密機床數控系統的研制

1、超精密加工技(ji)術(shu)已(yi)成(cheng)為一(yi)個(ge)國家制(zhi)造(zao)(zao)技(ji)術(shu)水(shui)平的(de)重(zhong)要標志之一(yi)，是先進制(zhi)造(zao)(zao)技(ji)術(shu)的(de)重(zhong)要支柱(zhu)和(he)提高制(zhi)造(zao)(zao)技(ji)術(shu)水(shui)平的(de)關鍵。

而作為超精密加工(gong)技(ji)術基礎的(de)超精密數控(kong)機(ji)床(chuang)也(ye)已廣泛應用于國防工(gong)業、信息(xi)工(gong)業和民(min)用產品的(de)加工(gong)中，成(cheng)為各(ge)國優(you)先發展的(de)關鍵加工(gong)設備，各(ge)國均對(dui)作為機(ji)床(chuang)核(he)心的(de)數控(kong)技(ji)術進行保(bao)密，以確保(bao)其在(zai)制造領(ling)域內的(de)優(you)勢地位(wei)。

美國、英國、德國和(he)日本等發(fa)(fa)達國家(jia)都把發(fa)(fa)展(zhan)超精密(mi)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)加(jia)工(gong)技術作為發(fa)(fa)展(zhan)國家(jia)制(zhi)造(zao)技術的重要(yao)戰略，并(bing)取得了很(hen)(hen)大成(cheng)就。而我國雖在超精密(mi)數(shu)控(kong)技術方面進(jin)行了大量的研究，也已有數(shu)家(jia)機(ji)構(gou)研制(zhi)出了超精密(mi)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)，但卻(que)不能(neng)滿足航(hang)空航(hang)天工(gong)業(ye)、民用電(dian)子工(gong)業(ye)等對超精密(mi)加(jia)工(gong)設備的需求，很(hen)(hen)多超精密(mi)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)仍主(zhu)要(yao)依賴進(jin)口，尤(you)其(qi)是還沒有開發(fa)(fa)出能(neng)加(jia)工(gong)600mm以上尺寸零件的大型超精密(mi)數(shu)控(kong)加(jia)工(gong)的設備。因此，迫切需要(yao)研制(zhi)該類超精密(mi)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)極其(qi)相關技術，以填補空白，提升我國在大型超精密(mi)零件加(jia)工(gong)方面的技術水(shui)平(ping)。

2、數控系(xi)統(tong)的(de)(de)硬(ying)件構成與功能bookmark1載體送來的(de)(de)加工(gong)信息(xi)，經計算和處理(li)后去控制機床執行(xing)加工(gong)任務。

數(shu)控裝置選(xuan)用(yong)FANUC-18I，具有(you)響(xiang)應(ying)速度(du)快，精度(du)高的(de)(de)(de)特點，其CPU為32位(wei)計數(shu)，當以滿行(xing)程(cheng)為600mm計算時，最小脈沖當量可達1nm.因此，數(shu)控系統(tong)的(de)(de)(de)分辨力主要(yao)取(qu)決于檢測反(fan)饋系統(tong)，數(shu)控裝置（CNC）與伺服單元之間選(xuan)用(yong)高速串行(xing)通訊接口FSSB協議(yi)，可降低外界干(gan)擾的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，最大(da)(da)限度(du)地減小連接電纜；選(xuan)用(yong)了(le)AI（人(ren)工(gong)智能(neng)(neng)）納米輪廓控制模塊，不需要(yao)使用(yong)任何特殊硬(ying)件，即可對直線和圓弧進行(xing)納米插(cha)補，另(ling)外還選(xuan)用(yong)了(le)NURBS曲線插(cha)補模塊，從而可以獲得更接近于零件設計形狀的(de)(de)(de)光潔(jie)加工(gong)表(biao)面，并能(neng)(neng)提高插(cha)補精度(du)，減小高速傳輸大(da)(da)容(rong)量微小程(cheng)序(xu)段(duan)的(de)(de)(de)壓力。

X、Z軸的伺服電機(ji)和工作臺C1軸的磨擦輪驅動(dong)電機(ji)均選(xuan)用(yong)ai系列電機(ji)。伺服驅動(dong)器采(cai)用(yong)高速高精(jing)(jing)度的HRV（HighResponseVector）控制，并具有高精(jing)(jing)度的電流檢出能力，可(ke)以實現高速、高精(jing)(jing)度、穩定的進給(gei)。

進給軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)X、Z采用雙反饋的(de)(de)(de)策略，速(su)度反饋通過裝(zhuang)(zhuang)在伺(si)(si)服電機(ji)上的(de)(de)(de)光(guang)電編(bian)碼器來實現，位(wei)置(zhi)反饋利用海(hai)德漢（Heidenhain）的(de)(de)(de)精(jing)密(mi)光(guang)柵尺(chi)實現，并(bing)選(xuan)配(pei)倍頻轉換(huan)卡(ka)，使(shi)位(wei)置(zhi)分辨力達到40nm以上，從而(er)使(shi)得整個數(shu)(shu)(shu)控(kong)伺(si)(si)服系統(tong)(tong)的(de)(de)(de)分辨力優于50nm.本系統(tong)(tong)旨(zhi)在為“大型非球面光(guang)學零件(jian)超(chao)精(jing)密(mi)機(ji)床(chuang)(chuang)‘提供(gong)滿足(zu)技術要求的(de)(de)(de)配(pei)套數(shu)(shu)(shu)控(kong)系統(tong)(tong)。所(suo)裝(zhuang)(zhuang)配(pei)的(de)(de)(de)機(ji)床(chuang)(chuang)布(bu)局為雙立(li)(li)柱、雙橫(heng)梁立(li)(li)式(shi)龍(long)門結(jie)構，為X軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)和Z軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)兩(liang)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)聯(lian)動(dong)加工(gong)(gong)，X軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)最(zui)大行(xing)程為600mm，Z軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)最(zui)大行(xing)程為200旋(xuan)轉工(gong)(gong)作臺為摩擦輪(lun)驅動(dong)。機(ji)床(chuang)(chuang)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)件(jian)最(zui)大直徑為01000mm，加工(gong)(gong)精(jing)度優于2Um，要求數(shu)(shu)(shu)控(kong)系統(tong)(tong)的(de)(de)(de)分辨率為50nm.為滿足(zu)超(chao)精(jing)密(mi)數(shu)(shu)(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)工(gong)(gong)業(ye)化(hua)和實用化(hua)的(de)(de)(de)要求，數(shu)(shu)(shu)控(kong)系統(tong)(tong)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)控(kong)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)選(xuan)用FANUC- 18I作為本系統(tong)(tong)的(de)(de)(de)CNC裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)。控(kong)制系統(tong)(tong)的(de)(de)(de)硬件(jian)結(jie)構如所(suo)示。

本超(chao)精密(mi)機(ji)床的數(shu)(shu)控系(xi)統主要(yao)由工業(ye)PC機(ji)，數(shu)(shu)控裝置（CNC），X、Z軸伺服(fu)進(jin)給系(xi)統，位(wei)置'反饋系(xi)統，工作臺進(jin)給系(xi)統和主軸進(jin)給系(xi)統6大部分(fen)組成(cheng)。

數控裝置是數控系統的核心，其功能(neng)(neng)是接受reserved.組合機：床與(yu)自動化(hua)加工技術（600mm）、高分辨(bian)力（50mi）的指標要求(qiu)，而且(qie)能(neng)(neng)頭現(xian)人工智能(neng)(neng)納(na)米(mi)輪(lun)廓控制和高精度的NURBS插補(bu)。

3、數控系(xi)統的(de)軟件結(jie)構(gou)與功能bookmark4超精密機床數控系(xi)統的(de)軟件控制(zhi)管理技術是其(qi)關鍵(jian)技術。

為實現系統的開放性和實時性，特研制一套(tao)較為完善(shan)的數控機床的控制管理軟件，其具(ju)有(you)文檔管理、數控編程、參數設置(zhi)、數控加工、加工仿(fang)真、故障診斷等功能。