全闭环直线电机高精密数控铣床解决方案
- 关键词：超精密铣床,,全闭环铣床,直线电机铣床,五轴联动,RTCP
- 作者：ZXL
- 摘要：精密铣削加工机床在欧美已成熟发展很多年，尤其是近几年发展的全闭环（closed-loop feedback）全直驱（direct driver）高速高精密机床，更是引领了世界机床的一个重要发展方向。同时对于我们国家要成为创造强国、甚至军事强国，这样的高速高精密机床是必需的。这样的机床发展制约主要有两部分，一个是机械的，一个是电气控制方面的。我们利用在运动控制多年积累的一些经验，和我们的一款高档数控系统（CNC）配合高端的直驱电机及在线检测装置，在电气控制方面做一个阐述，希望能起到抛砖引玉的效果，和国内有志之士的机床制造厂家合作，为我国高端精密关键零部件加工贡献一份力量。
精密铣削加工机床在欧美已成熟发展很多年，尤其是近几年发展的全闭环（closed-loop feedback）全直驱（direct driver）高速高精密机床，更是引领了世界机床的一个重要发展方向。同时对于我们国家要成为创造强国、甚至军事强国，这样的高速高精密机床是必需的。这样的机床发展制约主要有两部分，一个是机械的，一个是电气控制方面的。我们利用在运动控制多年积累的一些经验，和我们的一款高档数控系统（CNC）配合高端的直驱电机及在线检测装置，在电气控制方面做一个阐述，希望能起到抛砖引玉的效果，和国内有志之士的机床制造厂家合作，为我国高端精密关键零部件加工贡献一份力量。
德国、美国和日本的一些机床企业多采用Heidenhain iTNC530、Siemens 840D或Fanuc 30i系统及其配套的电机，机床的整体造价非常高，部分国家或对我国的部分行业使用还有限制。基于这样的情况，我们利用我们公司及行业资源，为国内提供一套解决方案。
系统部分我们采用control-mind高端的数控系统，control-mind系统采用同当前世界领先的Siemens 840D和Fanuc 30i系列同样的的基于windows环境下的实时多通道数控系统（Real-time operating system）。整体方案中的五轴联动（RTCP）可选，直驱主轴（direct driver spindle）可选，高速主轴速度反馈可选，平板式和无铁芯直线电机（Ironless motors）可选，双摆头或者单摆头配合直驱转台、二维回转直驱转台可选，三维扫描测量功能可选，多通道复合加工可选、补偿加工可选、ProfiBus和EtherCAT总线通讯可选。以上选项中可根据要求进行高低配置。
1、 control-mind数控系统
control-mind高档数控系统是基于windows环境下的实时系统，内嵌高度开放的控制软件，具有倾斜轴功能，五轴联动加工、最多可8轴连动刀尖轨迹编程，多通道控制（multichannel CNC），电子凸轮和通用软PLC等功能。control-mind数控系统能在Windows下以0.1毫秒的插补周期控制八个伺服轴的运动，控制的轴数和通道数几乎无限制，能在微秒级捕捉到输入口信号。
主要特点：
l 适用于车、铣、镗、加工中心、磨等多种机床设备；
l 识别国际标准DIN 66025 G代码、支持样条函数，螺旋线插补和渐开线插补；
l 具有电子齿轮箱、龙门同步功能；
l 可以通过脉冲、模拟量、CANOPEN, Profibus, EtherCAT等实时总线控制各种伺服，可以接受每路4M反馈信号，构成半闭环及全闭环，实现纳米级控制；
l 每秒中可以执行5000个G代码或运动命令；
l 控制系统具有反向间隙补偿、螺距补偿、挠性补偿等功能；
l 有3D刀尖半径补偿功能和RTCP功能；
l 控制系统使用PID调节算法进行位置和速度控制，可视化P、I和D值可以独立设定；
l 图形提示式示教功能使编程变得非常简单；
l 实时动态运动轨迹仿真；
l 有类似BASIC的MTASC高级运动控制语言，二次开发能力强，可适用各种专用自动化控制设备；
l 所有参数按类在各自的子窗口中显示和设定，并有对应中文详细注解，另有德文、西班牙文可选；
l 系统采用预读功能，采用预加速/减速来保证切削矢量速度恒定或平稳过度。
系统操作界面图如下，另外可根据客户要求定制使用界面。
2、 直驱电机
机床X Y Z轴均可选用德国直线电机，可以是常规开槽平板式直线电机，也可采用无铁芯的高动态直线电机或者大推力的开槽双边直线电机。
无跳跃电机，有无冷却可以选择，最大输出力达10000N，特殊可定制，加速度根据负载情况确定，加速度可高达3G。
若为五轴铣床可以选装刀具回转型、转台回转型或者二者的混合型，及配套的直驱电机和圆光栅。
输出力矩最高的可选择到100000Nm级，外径160mm-3500mm可选。
主轴部分可以选装伺服主轴，另配套有德国高速的编码器，在国内多个大机床厂一直在使用。
若需安装。另有高速内装式直驱主轴电机，可用于齿轮加工机床或者磨床之类。
3、伺服驱动器和反馈
及配套的高频高精度开放式总线型的伺服驱动器德国开放式伺服驱动器支持多种反馈形式和多种控制方式包含Profibus DP, EtherCAT总线控制。
