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    大型超精密機床數控系統的研制

    1、超精密加工技術已成為一個國家制造技術水平的重要標志之一,是先進制造技術的重要支柱和提高制造技術水平的關鍵。

    而作為超精密(mi)加工(gong)(gong)(gong)技術基礎的(de)(de)超精密(mi)數控(kong)機床也已廣(guang)泛應用(yong)于(yu)國防工(gong)(gong)(gong)業(ye)、信息工(gong)(gong)(gong)業(ye)和民用(yong)產品的(de)(de)加工(gong)(gong)(gong)中,成為各(ge)國優先發展的(de)(de)關(guan)鍵(jian)加工(gong)(gong)(gong)設備,各(ge)國均(jun)對作為機床核心的(de)(de)數控(kong)技術進行保密(mi),以確保其在制造領域內的(de)(de)優勢地(di)位。

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    美國(guo)(guo)、英國(guo)(guo)、德國(guo)(guo)和日(ri)本等發達國(guo)(guo)家(jia)(jia)都(dou)把發展超精(jing)密(mi)數(shu)控(kong)(kong)機(ji)(ji)床加(jia)工(gong)技術(shu)(shu)作為(wei)發展國(guo)(guo)家(jia)(jia)制(zhi)造技術(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)重要(yao)戰略,并(bing)取得了很大成就。而我(wo)國(guo)(guo)雖(sui)在(zai)超精(jing)密(mi)數(shu)控(kong)(kong)技術(shu)(shu)方(fang)面(mian)進(jin)行了大量的(de)(de)(de)(de)研(yan)究,也(ye)已有數(shu)家(jia)(jia)機(ji)(ji)構研(yan)制(zhi)出了超精(jing)密(mi)數(shu)控(kong)(kong)機(ji)(ji)床,但卻不(bu)能(neng)滿足航空(kong)航天工(gong)業、民用電子(zi)工(gong)業等對超精(jing)密(mi)加(jia)工(gong)設(she)備(bei)的(de)(de)(de)(de)需(xu)求,很多超精(jing)密(mi)數(shu)控(kong)(kong)機(ji)(ji)床仍主要(yao)依賴進(jin)口,尤其是還沒有開發出能(neng)加(jia)工(gong)600mm以上尺寸零件(jian)的(de)(de)(de)(de)大型超精(jing)密(mi)數(shu)控(kong)(kong)加(jia)工(gong)的(de)(de)(de)(de)設(she)備(bei)。因此,迫切(qie)需(xu)要(yao)研(yan)制(zhi)該類超精(jing)密(mi)數(shu)控(kong)(kong)機(ji)(ji)床極其相關技術(shu)(shu),以填補空(kong)白,提升(sheng)我(wo)國(guo)(guo)在(zai)大型超精(jing)密(mi)零件(jian)加(jia)工(gong)方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)(de)技術(shu)(shu)水平。


    2、數控系統的硬件構成與功能bookmark1載體送來的加工信息,經計算和處理后去控制機床執行加工任務。

       數控裝置選用FANUC-18I,具有響應速度快,精度高的特點,其CPU為32位計數,當以滿行程為600mm計算時,最小脈沖當量可達1nm.因此,數控系統的分辨力主要取決于檢測反饋系統,數控裝置(CNC)與伺服單元之間選用高速串行通訊接口FSSB協議,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行納米插補,另外還選用了NURBS曲線插補模塊,從而可以獲得更接近于零件設計形狀的光潔加工表面,并能提高插補精度,減小高速傳輸大容量微小程序段的壓力。

    X、Z軸(zhou)的(de)伺服(fu)電(dian)機(ji)和(he)工作臺C1軸(zhou)的(de)磨(mo)擦(ca)輪驅動(dong)電(dian)機(ji)均選用(yong)ai系列電(dian)機(ji)。伺服(fu)驅動(dong)器采用(yong)高速高精(jing)(jing)度(du)的(de)HRV(HighResponseVector)控制,并具(ju)有(you)高精(jing)(jing)度(du)的(de)電(dian)流檢出能力,可以(yi)實(shi)現高速、高精(jing)(jing)度(du)、穩定的(de)進給。

    進給(gei)軸X、Z采(cai)用雙反(fan)(fan)饋的(de)(de)(de)(de)策略,速度反(fan)(fan)饋通(tong)過裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)在(zai)伺服電機(ji)上的(de)(de)(de)(de)光電編碼器來實現(xian),位(wei)置(zhi)反(fan)(fan)饋利用海德漢(han)(Heidenhain)的(de)(de)(de)(de)精(jing)密(mi)光柵尺實現(xian),并選配(pei)倍頻(pin)轉換卡,使(shi)位(wei)置(zhi)分辨力達到40nm以上,從而使(shi)得整(zheng)個數(shu)控(kong)伺服系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)分辨力優于(yu)50nm.本系(xi)統(tong)(tong)旨(zhi)在(zai)為(wei)(wei)“大型非球面光學零件超精(jing)密(mi)機(ji)床‘提(ti)供滿足技術要求的(de)(de)(de)(de)配(pei)套數(shu)控(kong)系(xi)統(tong)(tong)。所裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)配(pei)的(de)(de)(de)(de)機(ji)床布局(ju)為(wei)(wei)雙立(li)(li)柱、雙橫梁(liang)立(li)(li)式龍門(men)結構,為(wei)(wei)X軸和(he)Z軸兩軸聯動加(jia)工(gong),X軸的(de)(de)(de)(de)最大行(xing)程為(wei)(wei)600mm,Z軸的(de)(de)(de)(de)最大行(xing)程為(wei)(wei)200旋轉工(gong)作臺(tai)為(wei)(wei)摩擦輪驅動。機(ji)床加(jia)工(gong)工(gong)件最大直(zhi)徑為(wei)(wei)01000mm,加(jia)工(gong)精(jing)度優于(yu)2Um,要求數(shu)控(kong)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)分辨率為(wei)(wei)50nm.為(wei)(wei)滿足超精(jing)密(mi)數(shu)控(kong)機(ji)床的(de)(de)(de)(de)工(gong)業化和(he)實用化的(de)(de)(de)(de)要求,數(shu)控(kong)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)數(shu)控(kong)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)選用FANUC- 18I作為(wei)(wei)本系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)CNC裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)。控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)硬件結構如(ru)所示。

    本超精密(mi)機(ji)床(chuang)的(de)數(shu)控系(xi)統主(zhu)要由工業PC機(ji),數(shu)控裝(zhuang)置(zhi)(CNC),X、Z軸(zhou)伺服(fu)進給(gei)系(xi)統,位置(zhi)'反饋(kui)系(xi)統,工作臺(tai)進給(gei)系(xi)統和主(zhu)軸(zhou)進給(gei)系(xi)統6大部分組成(cheng)。

    數控裝置是數控系統的核心(xin),其功(gong)能(neng)是接受reserved.組(zu)合(he)機:床與自(zi)動(dong)化加工技術(600mm)、高分辨力(50mi)的指(zhi)標要求,而且能(neng)頭現(xian)人工智能(neng)納米輪廓控制(zhi)和高精度的NURBS插補。


    3、數控系統的軟件結構與功能bookmark4超精密機床數控系統的軟件控制管理技術是其關鍵技術。

    為實現(xian)系統(tong)的開放(fang)性和實時性,特研(yan)制(zhi)(zhi)一套較為完善的數(shu)控(kong)機床的控(kong)制(zhi)(zhi)管理軟件,其具有文檔管理、數(shu)控(kong)編程、參(can)數(shu)設置、數(shu)控(kong)加(jia)工(gong)(gong)、加(jia)工(gong)(gong)仿真、故(gu)障診斷等功(gong)能。