超精密加工论文精密加工论文

1、 超精密加工论文精密加工论文运用于超精密加工上的开放式数控系统摘要：数控技术经过多年的发展已日益成熟，开放性数控系统技术的进取将取代以往专用数控系统的趋势。本文就基于开放式数据系统的超精密加工提出思考。 关键词：开放式数控系统；加工；超精密；思考 open cnc system using in the super-precision machining zhuo min (zhenjiang electrical and mechanical branch of jiangsu union technical institute,zhenjiang212016,china) abstract

2、:cnc(computerized numerical control)system technology has been increasingly mature after years development,the initiative of the open cnc system technology will replace the trend of the former special nc (numerical control)system.this article puts forward thinking based on the super-precision machin

3、ing of open data system. keywords:open cnc system;machining;super-precision;thinking 一、开放式数据系统基本概念 数控系统是数字控制系统简称，英文名称为numerical control system，早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（hard nc），1970年以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。 数控系统的开放是大势所趋。目前开放式数控系统有三种形式：（1）全开放系统，即基于微机的数控系统，以微机作为平台，采用实时操作系统，开发数控系统的各种功能，通过伺服卡传送数据，控制坐标轴电动

4、机的运动。（2）嵌入系统，即cnc+pc，cnc控制坐标轴电动机的运动，pc作为人机界面和网络通信。（3）融合系统，在cnc的基础上增加pc主板，提供键盘操作，提高人机界面功能，如siemens840di和fanuc210i。 二、超精密加工 20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的一种加工技术。到80年代后，其最高加工尺寸精度已可达10纳米（1纳米=0.001微米）级，表面粗糙度达1纳米，加工的最小尺寸达1微米，正在向纳米级加工尺寸精度的目标前进。纳米级的超精密加工也称为纳米工艺（nano-technology）。 超精密加工是处于发展中

5、的跨学科综合技术。超精密加工对工件材质、加工设备、工具、测量和环境等条件都有特殊的要求，需要综合应用精密机械、精密测量、精密伺服系统、计算机控制以及其他先进技术。超精密加工的精度比传统的精密加工提高了一个以上的数量级，除需要采用新的加工方法或新的加工机理之外，对工件材质，加工设备、工具、测量和环境条件等都有特殊的要求。工件材质必须极为细致均匀，并经适当处理以消除内部残余应力，保证高度的尺寸稳定性，防止加工后发生变形。这些条件是靠综合应用精密机械、精密测量、精密伺服系统和计算机控制等各种先进技术获得的。 三、开放式数控系统的特点 目前的专用数控系统（包括软件和硬件），基本不具备可移植性，都是为特

6、定的机床或设备专门开发的，从而使得其成本十分昂贵。随着制造技术的发展，要求整个制造系统具有更多的开放性，集成为一个具有更大柔性的系统。在九十年代初就出现了开放式数控系统的概念，目前的开放式数控系统多以pc机为基础，配上各种控制卡。与以往的专用数控系统相比，开放式数控系统一般具有如下特点：一是格较低，性能价格比极高；二是模块化的设计；三是丰富友好的人机界面；四是优良的开放性能；五是支持多种操作平台等。 四、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。 （一）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

7、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。 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。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。 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

8、统结构，控制器改为采用precitech自己开发的ultrapathtm dsp。 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。同其它开放式数控系统一样，也具有很强的灵活性，提供了丰富的支持软件。 （二）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，

9、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。通常的系统采用的是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。控制系统框图如下图所示。 五、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