一种宏微结合的多精度智能数控系统技术方案

本发明专利技术提供了一种宏微结合的多精度智能数控系统，包括POWER PMAC多轴运动控制系统、运行于工业计算机内的智能数控软件系统、精密位置测量系统、微动台进给控制系统、宏动伺服驱动系统、主轴控制系统。本发明专利技术由于是以POWER PMAC运动控制器和工业计算机为核心构建的控制系统，自动化程度高，易于扩展。可以根据不同的加工零件选择不同的加工控制与检测系统，可以实现普通精度加工，超精密小行程加工，以及大行程范围内的超精密加工。由于宏微结合车床将车床和铣床工结合在一起，将多种加工精度结合在一起，将多种加工零件尺度结合在一起，可以大大提高精密零件的加工精度，以及大尺寸零件的加工精度。

【技术实现步骤摘要】
一种宏微结合的多精度智能数控系统
本专利技术属于数控系统
，尤其是涉及一种宏微结合的多精度智能数控系统。
技术介绍
伴随着科学技术的发展，在高新技术行业特别是航空航天，国防工业等行业内，高精度微小零件的需求越来越大。传统的车床和现有数控车床很难实现对工件的微米级别的高精度加工。宏微结合技术的思想是宏观大行程精密运动由传统滚珠丝杠驱动实现，微观小行程超精密运动由直线电机微动台实现，宏观大行程与微观小行程有机结合，进而实现大距离范围内的超精密进给加工，称之为宏微结合。近几年宏微结合技术在光学工程、生物工程等领域的成功应用，体现了宏微结合技术先进性和实用性。数控机床领域，宏微结合技术并没用被广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宏微结合的多精度智能数控系统，以解决高精密机床加工过程中大行程与超精密加工难以同时实现的难题，实现了对中型到微小零件尺度范围内的超精密精度加工。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种宏微结合的多精度智能数控系统，包括POWERPMAC多轴运动控制系统、运行于工业计算机内的智能数控软件系统、精密位置测量系统、微动台进给控制系统、宏动伺服驱动系统、主轴控制系统；所述POWERPMAC多轴运动控制系统用于根据智能数控软件系统发出的运动指令，对各个轴实施进给运动控制，实现微动平台和宏动平台的运动指令的输出与控制；所述工业计算机通过以太网同POWERPMAC多轴运动控制系统进行实时通讯，所述智能数控软件系统使用工业计算机配置的输入输出接口将为所加工零件编制的数控程序进行读取与编辑，实现机床各个功能系统的统筹运动与功能分配；所述精密位置测量系统包括机内检测系统和机外检测系统；所述机内检测系统连接POWERPMAC多轴运动控制系统，为宏微结合的控制提供实时的补偿参考数据；所述机外检测系统连接智能数控软件系统，实现控制微动台进给控制系统进行运动补偿；所述微动台进给控制系统通过通讯电缆与POWERPMAC多轴运动控制系统连接，接收由POWERPMAC多轴运动控制系统发出的运动控制系统在微米范围内进行补偿运动；所述宏动伺服驱动系统通过工业以太网总线与POWERPMAC多轴运动控制系统实现实时通讯；所述主轴控制系统在POWERPMAC多轴运动控制系统和智能数控软件系统联合控制下实现对工件的微米级高精度加工。在上述技术方案中，所述POWERPMAC多轴运动控制系统包括电源模块、通讯模块、CPU模块、轴控制模块、数字/模拟量输入输出模块、检测元件接口模块；所述电源模块将220V电源转换成POWERPMAC多轴运动控制系统运行所需要的各种电压与电流；所述CPU模块用于完成各个模块协同运作的通讯与数据计算；所述通讯模块用于与外围设备进行数据交换；所述数字/模拟量输入输出模块用于通过各个不同类型的接口来接收或者是发送数字与模拟量信号，完成与机床外围相关元器件的PLC控制指令实施与信号交换；所述轴控制模块具体控制包括位置控制，加速度控制和电流控制。在上述技术方案中，所述机内检测系统包括X轴光栅尺和读数装置、Y轴光栅尺和读数装置、Z轴光栅尺和读数装置、C轴光栅尺和读数装置、B轴光栅尺和读数装置，X轴、Y轴、Z轴、C轴、B轴光栅尺分别测量各轴的位置信息，各轴读数装置得出具体的位置参数并传输给POWERPMAC多轴运动控制系统。在上述技术方案中，所述机外检测系统包括激光在线检测仪、直线度反射镜、激光干涉仪、直线度透射镜。在上述技术方案中，所述微动台进给控制系统包括微动台控制器、以及三台超精密直线电机，每台直线电机配置光栅进行位置反馈。在上述技术方案中，微动台具有X1、Y1、Z1三个自由度的运动，X1平行于宏动轴X轴方向，Y1平行于宏动轴Y轴方向，Z1平行于宏动轴Z轴方向。在上述技术方案中，所述宏动伺服驱动系统包括伺服电机驱动模块、X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机、X轴滑轨、Y轴滑轨、Z轴立柱、B轴转台、C轴主轴，在POWERPMAC多轴运动控制系统的控制下，控制伺服电机驱动模块，伺服电机驱动模块驱动各轴伺服电机运动，伺服电机驱动X轴滑轨、Y轴滑轨、Z轴立柱、B轴转台运动。在上述技术方案中，所述主轴控制系统包括车削伺服主轴驱动模块、车削主轴电机、铣削主轴驱动模块、以及铣削主轴，车削主轴在卡具的配合下为被加工零件提供旋转主运动，铣削主轴用来装卡铣削主轴，完成铣削加工。利用上述智能数控系统进行加工的方法，包括如下步骤：步骤1，运行于工业计算机内的智能数控软件系统通过工业计算机的人机输入设备或者是文件存储装置读取加工程序代码；步骤2，在零件加工程序的指令下，数控系统软件通过以太网将加工运动指令发送给POWERPMAC多轴运动控制系统；步骤3，由POWERPMAC多轴运动控制系统根据指令控制宏动伺服驱动系统对X\Y\Z轴的电机进行驱动进而实现正常加工；步骤4，加工过程中的位置数据由机内检测系统传送到POWERPMAC多轴运动控制系统进行位置环与速度的控制。利用上述智能数控系统进行加工的方法，包括如下步骤：步骤1，运行于工业计算机内的智能数控软件系统通过工业计算机的人机输入设备或者是文件存储装置读取加工程序代码，并将机床调协成超精密大行程加工方式；步骤2根据超精密加工要求，将精密位置测量系统中所包括的激光在线检测仪、直线度反射镜、直线度透射镜等机外检测元件支架上，并进行相关光学调整，将机床的直线度偏移、俯仰偏摆等位姿数据实时传送给智能数控软件系统；步骤3在运行于工业计算机内的智能数控软件系统的控制下，宏动伺服驱动系统驱动各个宏动轴进行大行程运动粗加工运动，根据加工程序及零件尺寸的要求自动进行大行程与大尺度的加工，在此加工过程中，主要是用以加工零件的基本形貌，将运动控制精度设置于微米级别，公差尺寸的要求将根据粗加工保证；步骤4在微动台控制器中搭建运动误差补偿控制模型，之后使用运动激光干涉仪对导轨的直线度进行检测，激光干涉仪实时的将运动误差数据传输到控制器进行计算，其依据结果得出纠偏控制信号，为实现宏微结合的超精密加工作好准备工作；步骤5由智能数控软件系统通过宏动伺服驱动系统控制X、Y、Z、B、C五轴进行微米级的宏动初级加工，与此同时，精密位置检测系统将根据所加工零件的精度要求，分别使用精密位置测量系统实时检测宏动轴实时位置信息，并将检测结果通过工业SSI串行接口并传输给智能数控软件系统，当精密位置测量系统监测到刀具和工件的相对位置小于微动台的运动行程时，精密位置测量系统将使用工业SSI串行接口将各个宏动运动轴的实际位置数据以更高的采样频率读入到智能数控软件系统中，智能数控软件系统将根据过宏微结合的在线补偿算法对实际位置进行实时补偿；在实时补偿的过程中，微动台进给控制系统控制微动台进行微米级的微动运动时，主轴控制系统控制加持刀具的主轴做旋转运动，开始继续对加工件进行超精密加工，实现对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宏微结合的多精度智能数控系统，包括POWER PMAC多轴运动控制系统、运行于工业计算机内的智能数控软件系统、精密位置测量系统、微动台进给控制系统、宏动伺服驱动系统、主轴控制系统；/n所述POWER PMAC多轴运动控制系统用于根据智能数控软件系统发出的运动指令，对各个轴实施进给运动控制，实现微动平台和宏动平台的运动指令的输出与控制；/n所述工业计算机通过以太网同POWER PMAC多轴运动控制系统进行实时通讯，所述智能数控软件系统使用工业计算机配置的输入输出接口将为所加工零件编制的数控程序进行读取与编辑，实现机床各个功能系统的统筹运动与功能分配；/n所述精密位置测量系统包括机内检测系统和机外检测系统；所述机内检测系统连接POWER PMAC多轴运动控制系统，为宏微结合的控制提供实时的补偿参考数据；所述机外检测系统连接智能数控软件系统，实现控制微动台进给控制系统进行运动补偿；/n所述微动台进给控制系统通过通讯电缆与POWER PMAC多轴运动控制系统连接，接收由POWER PMAC多轴运动控制系统发出的运动控制系统在微米范围内进行补偿运动；/n所述宏动伺服驱动系统通过工业以太网总线与POWER PMAC多轴运动控制系统实现实时通讯；/n所述主轴控制系统在POWER PMAC多轴运动控制系统和智能数控软件系统联合控制下实现对工件的微米级高精度加工。/n...

【技术特征摘要】
1.一种宏微结合的多精度智能数控系统，包括POWERPMAC多轴运动控制系统、运行于工业计算机内的智能数控软件系统、精密位置测量系统、微动台进给控制系统、宏动伺服驱动系统、主轴控制系统；
所述POWERPMAC多轴运动控制系统用于根据智能数控软件系统发出的运动指令，对各个轴实施进给运动控制，实现微动平台和宏动平台的运动指令的输出与控制；
所述工业计算机通过以太网同POWERPMAC多轴运动控制系统进行实时通讯，所述智能数控软件系统使用工业计算机配置的输入输出接口将为所加工零件编制的数控程序进行读取与编辑，实现机床各个功能系统的统筹运动与功能分配；
所述精密位置测量系统包括机内检测系统和机外检测系统；所述机内检测系统连接POWERPMAC多轴运动控制系统，为宏微结合的控制提供实时的补偿参考数据；所述机外检测系统连接智能数控软件系统，实现控制微动台进给控制系统进行运动补偿；
所述微动台进给控制系统通过通讯电缆与POWERPMAC多轴运动控制系统连接，接收由POWERPMAC多轴运动控制系统发出的运动控制系统在微米范围内进行补偿运动；
所述宏动伺服驱动系统通过工业以太网总线与POWERPMAC多轴运动控制系统实现实时通讯；
所述主轴控制系统在POWERPMAC多轴运动控制系统和智能数控软件系统联合控制下实现对工件的微米级高精度加工。


2.根据权利要求1所述的宏微结合的多精度智能数控系统，其特征在于：所述POWERPMAC多轴运动控制系统包括电源模块、通讯模块、CPU模块、轴控制模块、数字/模拟量输入输出模块、检测元件接口模块；
所述电源模块将220V电源转换成POWERPMAC多轴运动控制系统运行所需要的各种电压与电流；
所述CPU模块用于完成各个模块协同运作的通讯与数据计算；
所述通讯模块用于与外围设备进行数据交换；
所述数字/模拟量输入输出模块用于通过各个不同类型的接口来接收或者是发送数字与模拟量信号，完成与机床外围相关元器件的PLC控制指令实施与信号交换；
所述轴控制模块具体控制包括位置控制，加速度控制和电流控制。


3.根据权利要求1所述的宏微结合的多精度智能数控系统，其特征在于：所述机内检测系统包括X轴光栅尺和读数装置、Y轴光栅尺和读数装置、Z轴光栅尺和读数装置、C轴光栅尺和读数装置、B轴光栅尺和读数装置，X轴、Y轴、Z轴、C轴、B轴光栅尺分别测量各轴的位置信息，各轴读数装置得出具体的位置参数并传输给POWERPMAC多轴运动控制系统。


4.根据权利要求1所述的宏微结合的多精度智能数控系统，其特征在于：所述机外检测系统包括激光在线检测仪、直线度反射镜、激光干涉仪、直线度透射镜。


5.根据权利要求1所述的宏微结合的多精度智能数控系统，其特征在于：所述微动台进给控制系统包括微动台控制器、以及三台超精密直线电机，每台直线电机配置光栅进行位置反馈。


6.根据权利要求1所述的宏微结合的多精度智能数控系统，其特征在于：微动台具有X1、Y1、Z1三个自由度的运动，X1平行于宏动轴X轴方向，Y1平行于宏动轴Y轴方向，Z1平行于宏动轴Z轴方向。


7.根据权利要求1所述的宏微结合的多精度智...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宏昌，张之敬，金鑫，邓三鹏，郑中鹏，蒋永翔，闫伟伟，邓勇军，许志尧，
申请(专利权)人：天津职业技术师范大学中国职业培训指导教师进修中心，
类型：发明
国别省市：天津;12