超精密机床数控伺服系统及其控制机理

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1、《机床与液压》0##*,&9,0·=<·超精密机床数控伺服系统及其控制机理刘启东，徐春广，郝!娟，宋禧锋（北京理工大学机械与车辆工程学院，北京"###$"）摘要：介绍了一种超精密机床的数控伺服系统，分析了其硬件构成和各重要模块的特点，采用其装配的机床具备了加工大型光学零件的超精密定位和位置跟踪能力。并讨论了数控伺服系统所采用的先进双闭环控制理论，表明了其不仅具有高精度的位置控制功能，而且还有极高的稳定性和易调试性。关键词：超精密机床；%&%系统；伺服控制；双闭环中图分类号：’()*+,-+!!文献标识码：.!!文章编号："##"/-$$

2、"（0##*）0/#01/0!"#$%&#’()*+,-./’-+012/#&3-’4+/’*/5’#)(2(-.6*)"(.#!--+2*.7(/2,-./’-+6#)"*.(2&23456789:;，<4%=>:7;>?:;，@.AB>?:，CA&(<67DE:;（CF=99G9DHEF=?:6F?G?:8IE=6F>G?JK:;6:EEJ6:;，LE6M6:;3:NO6O>OE9D’EF=:9G9;P，LE6M6:;"###$"，%=6:?）892/’*)/：.:>QEJ6F?GF9:OJ9GNPNOEQD9JO=E4GOJ?/R

3、JEF6N69:Q?F=6:EO99GNS?N6:OJ98>FE8?:8O=EF=?J?FOEJ6NO6FN9D6ONETEJPQ98>GENSEJE?:?GPUE8V’=EQ?F=6:EEW>6RRE8S6O=O=ENPNOEQ=?N4GOJ?/RJEF6N69:R9N6O69:6:;?:8REJDEFOOJ?FX6:;?Y6G6OP，N9O=?O6O?8?RONO9Q?F=6:6:;G?J;E/9RO6F?GF9QR9:E:ONV’=E89>YGE/FG9NE8/G99RF9:OJ9GQEF=?:6NQD9JO=ENPNOEQS?N

4、86NF>NNE8，?:8O=?ON=9SNO=ENPNOEQ=?N=6;=NO?Y6G6OP?:86NE?NPO98EY>;V:#1;-’72：4GOJ?/RJEF6N69:Q?F=6:EO99G；%&%NPNOEQ；CEJT9/F9:OJ9G；Z9>YGE/FG9NE8/G99R!"引言平。超精密数控加工已成为超精密加工中最重要的技#"超精密数控机床的总体布局术之一，是先进制造技术的重要支柱，已广泛应用于机床采用双立柱、双横梁立式龙门结构，为<国防工业、信息工业和民用产品的加工中。美国、英轴和[轴两轴联动加工。<轴的最大行程为)##

5、QQ，国、德国和日本等发达国家都把发展超精密数控加工[轴的最大行程为0##QQ，旋转工作台为摩擦轮驱技术作为发展本国制造技术的重要战略，并取得了很动。机床加工工件最大直径为""###QQ，加工精度大成就。而我国虽在超精密数控技术方面进行了大量优于0!Q，要求数控系统的分辨率为*#:Q。机床的的研究，也已有数家机构研制出了超精密数控机床，结构如图"所示。但却不能满足军民用领域对超精密加工设备的需求，$"超精密数控机床数控系统的硬件构成和性能很多超精密数控机床仍主要依赖进口，尤其是还没有为满足超精密数控机床的工业化和实用化的要开发出能加工!

6、)##QQ以上尺寸零件的大型超精密数求，数控伺服系统的数控装置选用.&4%/"$3作为控加工设备。机床的%&%装置。控制系统的硬件结构如图0所示。配备具有分辨力高、动态响应速度快的数控系统和采用先进的伺服控制机理是确保超精密数控机床加工精度和效率的关键。在我校与哈尔滨工业大学联合研制的“大型非球曲面光学零件超精密数控机床”上，我们采用了高性能数控装置和先进的双闭环控制伺服系统，实现了机床超精密加工光学零件的技术要求，提升了我国在大型超精密零件加工方面的技术水图0!超精密数控机床硬件结构框图超精密机床的数控系统主要由工业]%机，数控装置

7、（%&%），<、[轴伺服进给系统，位置反馈系统，工作台进给系统和主轴进给系统)大部分组成。数控装置是数控系统的核心，机床选用.&4%图"!超精密数控机床的总体布局图/"$3，其具有响应速度快，精度高的特点，其%]4·"!·《机床与液压》"$$CI)

8、.（人工智能）纳米轮廓控制模块，不需要使用任#"超精密数控机床位置控制原理何特殊硬件，即可对直线和圆弧进行纳米插补；另外还选用了)/0,+曲线插补模块，从而可以获得更接近于零件设计形状的光洁加工表面，并能提