航空制造技术专稿超高速数控机床控制系统ControlSystemofSuperhighSpeedNCMachineTools中国航空工业制造工程研究所研究员陈烨[摘要]介绍了超高速数控机床控制系统的几个公司主要有:美国Cincinnati公司,JOBS公司;法国主要方面:超高速主轴矢量控制器、快速响应的伺服系Forest-Line公司;德国ChironWerke公司;日本统、精简指令集计算机系统及超高速切削中的其他辅MAZAK公司等。图1所示为法国Forest-Line公司生助功能。产的五坐标高架桥式龙门超高速铣床MINUMAC-关键词:超高速数控机床矢量控制快速响应TH8×2.5。机床参数见表1。超高速高精度[ABSTRACT]Somemainproblemsofthesuper2highspeedNCmachinetools,suchassuperhighspeedspindlevectorcontroller,servosystemofquick-re2sponse,reducedinstructionsetandotherauxiliaryfunc2tionsinsuperhighspeedcuttingareintroducedinthepaper.Keywords:SuperhighspeedNCmachinetoolVectorcontrolQuick-responseSuperhighspeedandhighaccuracy为了迎接21世纪全球激烈竞争,必须对制造业进行重组,并重新装备新型加工机床以提高对市场变化和顾客不同需求的快速反应能力。超高速加工是国防加工领域中一个带有方向性的新技术,具有适应航空航天新型号研制、生产需要的特点,是航空制造企业实图1五坐标高架桥式龙门超高速铣床现经营过程重组中应加以认真研究对待的一个项目。Fig.15axisviaductgantrytypesuperhigh由于新型号性能的不断提高,促使结构设计越来speedmillingmachine越多地采用刚度高、重量轻、承载能力强的轻合金整体结构零件。这些零件具有尺寸大、结构复杂、超薄减超高速数控加工是一门综合技术,实际应用中还重、加工精度高等特点,采用常规数控加工很难控制加有许多问题尚待解决,这些问题包括:超高速机床的动工中的变形,并达到高效率地去除大切屑余量。而超态、热态特性;超高速机床刀具、工夹具及工艺参数;冷高速加工正是满足这种需要的最有效的技术手段。却润滑、切屑排除和安全操作;CNC超高速高精度控以某机身框为例,其加工余量很大,毛坯重2000制系统等。原中国航空工业总公司为了解决在航空领kg,加工后只有128kg,最薄腹板厚2mm,在数控五坐域中数控加工的综合技术问题在原北京航空工艺研究标铣床上加工需7+28天(两班制,7天粗加工,28天所(现中国航空工业制造工程研究所)成立了“数控制精加工)。为解决生产效率、质量和速度问题,超高速造技术航空科技重点实验室”(LANCMT),将高速数数控机床是满足这些综合要求最有前景的先进制造设控加工技术列为主要研究内容之一。备之一。本文就超高速数控机床的主轴控制、伺服系统、目前,国际上生产大型多坐标超高速加工机床的CNC系统等方面的特性进行综合的分析。71专稿2000年第3期表1五坐标高架桥式龙门超高速铣床值。这种矢量控制PWM变频器的性能及规格要求为X/mm4000～40000(每级1000)·采用矢量控制,在1Hz时有150%以上的高启Y/mm2500～4000(TH),4500(PM)(每级500)动转矩;行程Z/mm650,1000,1250,1500·采用IGBT智能功率模块,载波频率高(>15B/(°)110kHz);C/(°)200,400,N×360·采用32位DSP(DigitalSignalProcessor)及工作台尺寸/mm2500×4000(最小),4500×40000(最大)-2芯片由双实现全信号数字处理的复杂矢承重能力/t·m5MPU,CPU轴进给X,Y,Z0～20000mm·min-1量运算和PWM控制;速度B,C0～3600(°)·min-1·故障自诊断监控及显示;-2轴加速度/m·s2·参数自检测和离线自设定功能;NUM1060PCNCCNC·基于神经网络的自适应转速辨识能力;SIEMENS840D·两种速度控制方式:恒转矩和恒功率(控制曲线刀具冷却系统微润滑式水冷却液系统旋转圆盘形(TH或PM):20,40,60,80见图2);刀具管理/把滑轨形(TH):20·输出频率范围0.1～400Hz;主轴ORB17,O