开放式数控系统在超精密数控加工中的应用

2 开放式数控系统在超精密加工中的应用

　　开放式数控系统由于其自身的优越性，目前在超精密加工中也得到了较广泛的应用。

　　1.国外开放式数控系统在超精密加工中的应用

　　英国 Rank Pneumo公司在八十年代末开发了 Nanoform300机床。该机床不仅能够进行切削加工，还可以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。机床的控制系统采用的是美国 DELTA TAU公司的可编程多轴运动控制器(PMAC)。该控制器采用了先进的数字信号处理技术。最初选用的是摩托罗拉的56001数字信号处理器(DSP)。每个卡可控制多达8个伺服轴，可用 PC、XT/AT、VME、STD32或 PCI总线形式(都可完全脱机运行)。16/18位的DAC输出分辨率。10/15MHZ的编码计数率，高达320MHZ的有效输入带宽。开放式的结构可控制任何型号的电机，具有极强的处理能力和高度的灵活性，适于现今实际应用中的各种总线结构、电机类型、反馈元件和指令数据结构，是开放式数控系统在超精密加工中一个铰早的成功应用。

　　Rank Pneumo公司新推出的 Nanoform250超精密加工系统，是一台两轴超精密 CNC机床，能进行超精密车削和磨削。该机床可以直接磨削出能达到光学系统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达到250mm。机床数控系统的分辨率为1．25nm，其数控系统 Nanoform300相似，仍是采用美国 DELTA TAU公司的可编程多轴运动控制器。

　　与该公司有密切关系的美国 Precitech公司，在其后来推出的众多机床上，都采用了开放式的数控系统结构，但其控制器不再是采用美国 DELTATAU公司的可编程多轴运动控制器。改为采用 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采用基于 Precitech's UltrapathTM DSP的开放式数控系统。目前该数控系统的资料较少，但这么多机床使用同一套数控系统，可见该系统的可移植性及其它性能都应是很好的。

　　美国摩尔公司目前最新的三台机床 Nanotech500FG、 Nanotech350UPL、Nanotechl50AG当中，除了 Nanotech500FG用的是带高速串行总线的专用Fanucl5i数控系统。NanoteCh350UPL和 Nanotechl50AG采用的是开放式数控系统。与 Nanoform300、Nanoform250相同， NanoteCh350UPL采用的是美国 DELTA TAU公司的 PMAC控制器，而 Nanotechl50AG采用的是Aerotech公司 UNIDEX600控制器。该控制器可控制多达16个伺服轴，可执行高速位置锁存。控制器上所用的是高达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，控制器上集成了高达32MB的 DRAM，提供了强大的处理能力，同其它开放式数系统一样，也具有很强的灵活性，提供了丰富的支持软件。

　　2.国内开放式数控系统的状况及在超精密加工中的应用

　　近年来，国内对开放式数控系统的研究也在不断深入，为数众多的高校科研院所开发了自己的开放式数控系统。较典型的有华中理工大学的华中I型数控系统，北京航空航天大学的中华I型数控系统，中国科学院沈阳计算技术研究所的蓝天系列高档数控系统、西安交通大学刚在首届中国国际高新技术成果交易会推出的五轴五联动数控系统等。

　　但由于超精密加工的独特性，这些数控系统都还不能直接用于超精密加工。我实验室正在研制的 Nanosys300非球面超精密复合加工系统中，经论证选用的是 DELTA TAU公司的 PMAC控制器，右图即为该复合加工系统的控制系统框图。

　　本系统采用的是 PC总线结构，上位机为工控机，通过系统总线与 PMAC通讯，也可通过双口 RAM与 PMAC进行高速数据交换；控制器上有高速的 DSP处理加工数据：用高精度的LVDT测头对刀;通过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实现系统的闭环双位置反馈控制。

3 结束语

　　可以预见，开放式数控系统以其自身的优越性将会成为未来先进数控系统的主流，在超精密加工中的应用也会更加广泛，我们应该抓紧时间采取措施，投入大量人力、财力进行研究开发，推动我国数控技术的发展