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。

而作為超精密加工技術基礎的超精密數控機床也已廣泛應用于國防工業、信息工業和民用產品的加工中，成為各國優先發展的關鍵加工設備，各國均對作為機床核心的數控技術進行保密，以確保其在制造領域內的優勢地位。

美國、英國、德國和日本等發達國家都把發展超精密數控機床加工技術作為發展國家制造技術的重要戰略，并取得了很大成就。而我國雖在超精密數控技術方面進行了大量的研究，也已有數家機構研制出了超精密數控機床，但卻不能滿足航空航天工業、民用電子工業等對超精密加工設備的需求，很多超精密數控機床仍主要依賴進口，尤其是還沒有開發出能加工600mm以上尺寸零件的大型超精密數控加工的設備。因此，迫切需要研制該類超精密數控機床極其相關技術，以填補空白，提升我國在大型超精密零件加工方面的技術水平。

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軸的伺服電機和工作臺C1軸的磨擦輪驅動電機均選用ai系列電機。伺服驅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，可以實現高速、高精度、穩定的進給。

進給軸X、Z采用雙反饋的策略，速度反饋通過裝在伺服電機上的光電編碼器來實現，位置反饋利用海德漢（Heidenhain）的精密光柵尺實現，并選配倍頻轉換卡，使位置分辨力達到40nm以上，從而使得整個數控伺服系統的分辨力優于50nm.本系統旨在為“大型非球面光學零件超精密機床‘提供滿足技術要求的配套數控系統。所裝配的機床布局為雙立柱、雙橫梁立式龍門結構，為X軸和Z軸兩軸聯動加工，X軸的最大行程為600mm，Z軸的最大行程為200旋轉工作臺為摩擦輪驅動。機床加工工件最大直徑為01000mm，加工精度優于2Um，要求數控系統的分辨率為50nm.為滿足超精密數控機床的工業化和實用化的要求，數控系統的數控裝置選用FANUC- 18I作為本系統的CNC裝置。控制系統的硬件結構如所示。

本超精密機床的數控系統主要由工業PC機，數控裝置（CNC），X、Z軸伺服進給系統，位置'反饋系統，工作臺進給系統和主軸進給系統6大部分組成。

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

為實現系統的開放性和實時性，特研制一套較為完善的數控機床的控制管理軟件，其具有文檔管理、數控編程、參數設置、數控加工、加工仿真、故障診斷等功能。