超精密数控机床控制系统技术方案

超精密数控机床控制系统技术方案

1、系统组成

超精密数控机床系统主要有三个部分：主轴、横向进给机构、纵向进给机构。其平面

布局如图1 所示。

图 1 超精密数控机床平面布局示意图

主轴由空气磁力轴承支承，用带有变频器的电动机驱动，功率为1500W；

横向进给机构与纵向进给机构均采用花岗石滑台与方导轨结构，各由一台伺服电动机直接驱动滚珠丝杠带动滑台在导轨上移动，电动机功率为850W。

2、技术要求

(1) 横、纵向进给的操作采用手柄式控制开关操作(十字选择开关，中间有快速选择按钮)。

(2) 进给的速度可调(最小为2mm/min )，可实现自动/手动进给，移动精度为0.1卩m。

(3) 横、纵向的移动应有锁定开关。

⑷主轴旋转可调速50-1800r/min(60Hz达到1800r)采用无级变速，且有相对的转速指示。

(5) 主轴旋转的起、停均需有缓冲过程(慢爬、慢停) ，主轴旋转应有保护电路，断电时应缓慢停止旋转。

⑹气压保护，控制机床的正常运转(0.4MPa),低于设定值时机床不能工作(或停止工作)。

(7) 电源、气源有正常工作灯指示。

(8) 其余要求按常规机床实施。有电控箱、人机对话控制台、手柄式控制进给操作手柄组成。

3、系统功能需求

3.1 主轴

(1) 无级变速，要求50〜1800转；

(2) 启停应有一个过渡过程(即从慢到快启动，从快到慢停止) ；

(3) 转速设定；

3.2 横向进给机构

(4) 任意位置停止锁定；

(5) 移动距离设定；

(6) 设置快速移动操作手柄；

3.3 纵向进给机构

(1) 任意位置停止锁定；

(2) 移动距离设定；

(3) 设置快速移动操作手柄；

3.4 控制面板

(1) 主轴转速设定、显示；

(2) 横向进给量设定、显示；

(3) 纵向进给量设定、显示；

(4) 纵横向进给手动控制；

(5) 电源总快关

3.5 系统整体

(1) 主轴中心线位置定位(原点、二次定位点)

(2) 刀具轨迹程序编制

4、控制系统解决方案

4.1 硬件解决方案根据数控机床的功能需求与技术要求，拟定其控制系统硬件解决方案如图2 所示。

1) 控制主机控制主机选用工业级平板电脑，其整机性能完善，稳定可靠，功耗低，支持各类应用软件，具有良好的开放性，易于软件的升级和数控系统功能的拓展，可实现基于网络的数控功能，触摸屏可以实现丰富的人机交互功能，广泛应用于电信、电力、国防、自动化设备、制造业等各领域。

2) 运动控制卡初步选用雷赛智能控制股份公司的DMC2410 运动控制卡。DMC2410 运动控制卡是一款基于PCI 总线的高性能运动控制卡，它可控制多达四轴步进或伺服电机，具有快速的运动速度控制功能，有很好的直线和圆弧插补功能。同时还增加了编码器位置锁存、位置比较等高级功能。为研发制造多轴工业自动化设备提供了优良的控制器解决方案。

3) 变频器主轴电机由变频器控制。变频器型号为YASKAWA(安川)J1000。

4) 伺服控制器型号为安川公司的SGMGH-09ACA61 。

5) 其他I/O 元件数控机床控制过程所需的各类模拟量(如气压传感器信号)和数字量输入/输出信号(电磁阀的开关信号、电源指示灯的通断信号)均通过运动控制卡和其他I/O 设备实现。

图2 控制系统硬件解决方案示意图

4.2 软件解决方案超精密数控机床软件系统采用MS VC++6.0 开发。可以充分发挥VC++6.0 强大的软件开发功能，易于实现各种硬件的驱动，极好地发挥其快速的运算能力和数据处理能力，从而实现超精密数控机床提出的各项控制功能。不仅如此，VC++6.0 所开发的软件系统容易实现系统的升级换代。为今后提升数控系统的功能奠定良好基础。

超精密数控机床控制拟采用触摸屏和软按钮方式，同时配置必要的硬件控制按钮，如“急停”按钮、进给手轮等，以实现系统的一般操作控制功能和应急处理功能。

为了实现数控加工控制功能，软件系统将提供图3 所示操控功能。

1) 加工参数设置此功能实现加工参数的设定，如切削速度，进给量，切削深度等。

2) 加工过程操作控制此功能实现数控加工的人工控制，如X 轴、Y 轴快进快退，对刀操作，急停等。

3) 加工程序设定此功能实现基本的数控加工零件程序设定，如加工原点，直线加工的起点坐标、终点坐标，圆弧插补加工的起点、终点、圆弧半径等。

图3超精密数控机床控制软件功能构成

4）加工状态显示此功能实现数控加工状态的显示，包括：当前X坐标、

丫坐标，主轴速度，主轴转向等。同时包括系统电源、气源状态，电气元件工作状态，是否有报警等。

5）系统辅助功能此功能包括加工零件数据文件保存，用户管理等。

4.3界面设计

系统界面设计应遵循界面友好，操作方便，功能完善等基本要求。图4~图

5为系统界面的初步设计示例。

图4控制与先是界面示意图

图5加工设置界面示意1

图6加工设置界面示意2

5超精密数控机床控制系统硬件配置需求清单

表1硬件配置需求清单

6项目投资估算