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敞开式数控体系在超精细
加工中的运用

    数控技能经过四十多年的开展日益老练,于90年代初呈现了敞开性数控体系的概念,并逐步呈现了敞开性数控体系替代以往专用数控体系的趋势。现在,各发达国家都在竞相开展自己的敞开式体系结构的数控体系,如美国的“下一代工作站/机床操控器体系结构” NGC(The Next GenerationWork-station/Machine Control);欧洲的“自动化体系中敞开式体系结构OSACA(Open System Architecture for Control Within Automation Systems);
    日本的 OSEC(Open System Environment for Controller)等。我国国家计委和科技部在99年7月14日发布的《当时国家优先开展的高技能产业化要点范畴攻略》中制作技能中的第一项即为“适用先进的数控机床及敞开式数控体系”。现在敞开式数控体系也现已运用于超精细加工范畴。

1敞开式数控体系的特色:

    现在的专用数控体系(包含软件和硬件),根本不具备可移植性,都是为特定的机床或设备专门开发的,然后使得其本钱非常贵重。跟着制作技能的开展,要求整个制作体系具有更多的敞开性,集成为一个具有更大柔性的体系。在九十年代初就呈现了敞开式数控体系的概念,现在的敞开式数控体系多以 PC机为根底,配上各种操控卡。与以往的专用数控体系比较,敞开式数控体系一般具有如下特色:

1.1格较低,功用价格比极高

    因为敞开式数控体系具有较强的可移植性,使其开发费用大大下降,修理更简易,质量更牢靠,功用愈加完善,增强了敞开式数控体系的商场竞争才能。以往一套专用超精细数控加工体系动辄就上百万,更存在禁运的问题,而一套敞开式超精细加工数控体系本钱则低得多。

1.2模块化的规划

    敞开式数控体系中的各模块彼此独立,可让用户在较大范围内依据需求装备体系,如机床轴数、 I/O点数等,而当体系硬件改动时,只需简略修正数控体系软件,即可满意需求。具有更大的灵活性,更能习惯商场的动态改变。

1.3丰厚友爱的人机界面

    机床制作商或用户可在敞开式环境下用不同的编程言语为所欲为地开发最适合自己用处的人机界面,完善自己的数控体系,如某些特别机床的专用操控功用,而不用过多地考虑数控体系操控器的中心部分。

1.4优秀的敞开功用

    敞开式数控体系能方便地挂上第三方的运用软件,如各种 CAD/CAM软件、测验软件或管理软件满意自己的需求。敞开式数控体系可集众家之长,其优势是显而易见的。

1.5支撑多种操作渠道

    敞开式结构的数控体系比以往的专用数控体系能更好地支撑各种不同的操作渠道,如: windows windowsNT, Unix, OS2等。

2敞开式数控体系在超精细加工中的运用

    敞开式数控体系因为其本身的优越性,现在在超精细加工中也得到了较广泛的运用。

2.1国外敞开式数控体系在超精细加工中的运用

    英国 Rank Pneumo公司在八十年代末开发了 Nanoform300机床。该机床不只能够进行切削加工,还能够用金刚石砂轮进行磨削,能加工直径为300mm的非球面金属反射镜。机床的操控体系选用的是美国 DELTA TAU公司的可编程多轴运动操控器(PMAC)。该操控器选用了先进的数字信号处理技能。开始选用的是摩托罗拉的56001数字信号处理器(DSP)。每个卡可操控多达8个伺服轴,可用 PC、 XT/AT、 VME、STD32或 PCI总线方式(都可彻底脱机运转)。16/18位的DAC输出分辨率。10/15MHZ的编码计数率,高达320MHZ的有用输入带宽。敞开式的结构可操控任何类型的电机,具有极强的处理才能和高度的灵活性,适于如今实践运用中的各种总线结构、电机类型、反应元件和指令数据结构,是敞开式数控体系在超精细加工中一个铰早的成功运用。
Rank Pneumo公司新推出的 Nanoform250超精细加工体系,是一台两轴
超精细 CNC机床,能进行超精细车削和磨削。该机床能够直接磨削出能到达光学体系要求的具有光学表面质量和面型精度的硬脆材料光学零件。机床最大加工工件直径到达250mm。机床数控体系的分辨率为1.25nm,其数控体系 Nanoform300类似,仍是选用美国 DELTA TAU公司的可编程多轴运动操控器。
    与该公司有密切关系的美国 Precitech公司,在其后来推出的很多机床上,都选用了敞开式的数控体系结构,但其操控器不再是选用美国 DELTATAU公司的可编程多轴运动操控器。改为选用 Precitech自己开发的UltrapathTM DSP 在 Naonoform200、 Nan0form350、 Nanoform600、PLANOFORM550、 Freeform4000、 Freeform5000等 Precitech公司最新的机床上皆选用根据 Precitech's UltrapathTM DSP的敞开式数控体系。现在该数控体系的材料较少,但这么多机床运用同一套数控体系,可见该体系的可移植性及其它功用都应是很好的。
    美国摩尔公司现在最新的三台机床 Nanotech500FG、 Nanotech350UPL、Nanotechl50AG傍边,除了 Nanotech500FG用的是带高速串行总线的专用Fanucl5i数控体系。 NanoteCh350UPL和 Nanotechl50AG选用的是敞开式数控体系。与 Nanoform300、Nanoform250相同, NanoteCh350UPL选用的是美国 DELTA TAU公司的 PMAC操控器,而 Nanotechl50AG选用的是Aerotech公司 UNIDEX600操控器。该操控器可操控多达16个伺服轴,可执行高速方位锁存。操控器上所用的是高达33/66MHZ的 RISC处理器,其上的 i960芯片能在一个时钟周期内执行数条指令,操控器上集成了高达32MB的 DRAM,供给了强壮的处理才能,同其它敞开式数体系相同,也具有很强的灵活性,供给了丰厚的支撑软件。

2.2国内敞开式数控体系的情况及在超精细加工中的运用

    近年来,国内对敞开式数控体系的研讨也在不断深入,为数很多的高校科研院所开发了自己的敞开式数控体系。较典型的有华中理工大学的华中I型数控体系,北京航空航天大学的中华I型数控体系,中国科学院沈阳计算技能研讨所的蓝天系列高级数控体系、西安交通大学刚在首届中国国际高新技能成果交易会推出的五轴五联动数控体系等。
    但因为超精细加工的独特性,这些数控体系都还不能直接用于超精细加工。我实验室正在研发的 Nanosys300非球面超精细复合加工体系中,经证明选用的是 DELTA TAU公司的 PMAC操控器,下图即为该复合加工体系的操控体系框图:

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    本体系选用的是 PC总线结构,上位机为工控机,经过体系总线与 PMAC通讯,也可经过双口 RAM与 PMAC进行高速数据交换;操控器上有高速的 DSP处理加工数据:用高精度的LVDT测头对刀;经过16位的 DAC驱动主轴电机和伺服电机:用高分辨率、高精度的编码器和光栅完成体系的闭环双方位反应操控。

3 结束语

    能够预见,敞开式数控体系以其本身的优越性将会成为未来先进数控体系的干流,在超精细加工中的运用也会愈加广泛,咱们应该抓紧时间采纳办法,投入很多人力、财力进行研讨开发,推进我国数控技能的开展。