大型超精密機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的研制

1、超精密加工技術(shù)已成為一個國家制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要支柱和提高制造技術(shù)水平的關(guān)鍵。

而作為超精密加工技術(shù)基礎(chǔ)的超精密數(shù)控機(jī)床也已廣泛應(yīng)用于國防工業(yè)、信息工業(yè)和民用產(chǎn)品的加工中，成為各國優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵加工設(shè)備，各國均對作為機(jī)床核心的數(shù)控技術(shù)進(jìn)行保密，以確保其在制造領(lǐng)域內(nèi)的優(yōu)勢地位。

美國、英國、德國和日本等發(fā)達(dá)國家都把發(fā)展超精密數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)作為發(fā)展國家制造技術(shù)的重要戰(zhàn)略，并取得了很大成就。而我國雖在超精密數(shù)控技術(shù)方面進(jìn)行了大量的研究，也已有數(shù)家機(jī)構(gòu)研制出了超精密數(shù)控機(jī)床，但卻不能滿足航空航天工業(yè)、民用電子工業(yè)等對超精密加工設(shè)備的需求，很多超精密數(shù)控機(jī)床仍主要依賴進(jìn)口，尤其是還沒有開發(fā)出能加工600mm以上尺寸零件的大型超精密數(shù)控加工的設(shè)備。因此，迫切需要研制該類超精密數(shù)控機(jī)床極其相關(guān)技術(shù)，以填補(bǔ)空白，提升我國在大型超精密零件加工方面的技術(shù)水平。

2、數(shù)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成與功能bookmark1載體送來的加工信息，經(jīng)計算和處理后去控制機(jī)床執(zhí)行加工任務(wù)。

數(shù)控裝置選用FANUC-18I，具有響應(yīng)速度快，精度高的特點(diǎn)，其CPU為32位計數(shù)，當(dāng)以滿行程為600mm計算時，最小脈沖當(dāng)量可達(dá)1nm.因此，數(shù)控系統(tǒng)的分辨力主要取決于檢測反饋系統(tǒng)，數(shù)控裝置（CNC）與伺服單元之間選用高速串行通訊接口FSSB協(xié)議，可降低外界干擾的影響，最大限度地減小連接電纜；選用了AI（人工智能）納米輪廓控制模塊，不需要使用任何特殊硬件，即可對直線和圓弧進(jìn)行納米插補(bǔ)，另外還選用了NURBS曲線插補(bǔ)模塊，從而可以獲得更接近于零件設(shè)計形狀的光潔加工表面，并能提高插補(bǔ)精度，減小高速傳輸大容量微小程序段的壓力。

X、Z軸的伺服電機(jī)和工作臺C1軸的磨擦輪驅(qū)動電機(jī)均選用ai系列電機(jī)。伺服驅(qū)動器采用高速高精度的HRV（HighResponseVector）控制，并具有高精度的電流檢出能力，可以實(shí)現(xiàn)高速、高精度、穩(wěn)定的進(jìn)給。

進(jìn)給軸X、Z采用雙反饋的策略，速度反饋通過裝在伺服電機(jī)上的光電編碼器來實(shí)現(xiàn)，位置反饋利用海德漢（Heidenhain）的精密光柵尺實(shí)現(xiàn)，并選配倍頻轉(zhuǎn)換卡，使位置分辨力達(dá)到40nm以上，從而使得整個數(shù)控伺服系統(tǒng)的分辨力優(yōu)于50nm.本系統(tǒng)旨在為“大型非球面光學(xué)零件超精密機(jī)床‘提供滿足技術(shù)要求的配套數(shù)控系統(tǒng)。所裝配的機(jī)床布局為雙立柱、雙橫梁立式龍門結(jié)構(gòu)，為X軸和Z軸兩軸聯(lián)動加工，X軸的最大行程為600mm，Z軸的最大行程為200旋轉(zhuǎn)工作臺為摩擦輪驅(qū)動。機(jī)床加工工件最大直徑為01000mm，加工精度優(yōu)于2Um，要求數(shù)控系統(tǒng)的分辨率為50nm.為滿足超精密數(shù)控機(jī)床的工業(yè)化和實(shí)用化的要求，數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控裝置選用FANUC- 18I作為本系統(tǒng)的CNC裝置?？刂葡到y(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如所示。

本超精密機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)主要由工業(yè)PC機(jī)，數(shù)控裝置（CNC），X、Z軸伺服進(jìn)給系統(tǒng)，位置'反饋系統(tǒng)，工作臺進(jìn)給系統(tǒng)和主軸進(jìn)給系統(tǒng)6大部分組成。

數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，其功能是接受reserved.組合機(jī)：床與自動化加工技術(shù)（600mm）、高分辨力（50mi）的指標(biāo)要求，而且能頭現(xiàn)人工智能納米輪廓控制和高精度的NURBS插補(bǔ)。

3、數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)與功能bookmark4超精密機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的軟件控制管理技術(shù)是其關(guān)鍵技術(shù)。

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開放性和實(shí)時性，特研制一套較為完善的數(shù)控機(jī)床的控制管理軟件，其具有文檔管理、數(shù)控編程、參數(shù)設(shè)置、數(shù)控加工、加工仿真、故障診斷等功能。