基于A3200控制器的超精密加工中心控制系统


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陀螺仪是惯性导航系统的核心部件,其性能好坏直接影响惯性导航系统的稳定性强弱、使用寿命长短以及导航定位精度高低。其中半球谐振陀螺(Hemispherical Resonator Gyro : HRG)最早出现于 20 世纪f>〇年代,源自于物理学家布莱恩的葡萄酒杯的旋转驻波概念m。半球谐振陀螺是一种可靠性好、寿命长、无磨损、精度高的新型振动陀螺,由读出基座、读出电极、半球谐振子、激励电极和激励外罩等组成,它测量转速和角度的功能是依靠半球壳唇缘的谐振子回转产生的哥氏效应实现的[2]


半球谐振子属于半球谐振陀螺的核心部件,与国外某些国家相比,国产的半球谐振子表面质量差、加工精度低,无法满足高精度陀螺仪的性能要求,更无法达到实用化水平因此,提高半球谐振子的加工精度并设计出满足超精密加工需求的数控系统,是研究并实用化国产半球谐振陀螺的关键所在。

为了达到加工中心的要求,提高半球谐振子的加工精度,本课题选择了一种新型的运动控制器一.《200控制器。A3200控制器是基于mtime实时扩展系统和Microsoft Windows操作平台的一种纯软件开放式数控系统,集成了运动控制、系统维护与诊断、PLC、访问等功能。INdme实时扩展系统可以与Windows共享硬件平台,对硬件进行实时处理。A3200控制器通过火线卡(IEEE-1394 )实现与驱动器之间的通讯,简单、高效且不受限制,可以最多提供32个轴的同步运动。与传统的硬件运动控制器相比,A3200控制器具有更好的灵活性,具有扩展性的控制功能以及实时性的控制精度,拥有更高的性价比。

2搭建控制系统硬件平台

由于所要加工的半球谐振子的形状是平型,属于典型的薄壁复杂结构件。并且其材料为高品质因数的熔融石英,属于硬脆材料,加工过程中特别容易破裂,不易加工成型,常规的加工方法和及床不能使其具有较高的表面质量和加工精度[4]。因此,为了实现半球谐振子的超精密加工,课题组设计了具有特殊结构的专用加工中心,该加工中心在加工过程中通过XYZC四轴联动,在避免加工刀具与工件发生干涉造成工件破损的同时,可以使工件的加工精度达到要求。

数控系统作为连接加工中心与控制器的桥梁,起着至关重要的作用。数控系统主要由输人输出装置、速度控制单元、硬件平台、软件平台、CNC装置等组成。目前,开放式数控系统的结构主要有3种形式:PC嵌人NCNC+PC复合式结构,NC嵌人PCPC+NC阶梯式结构,以及纯软件结构。

本课题采用A3200控制器和IPC作为数控系统的主控单元,配有直线电机、滚珠丝杠.、精密直驱转台、驱动器和编码器等,共同构成一个模块化的开放式数控系统,其硬件结构原理图如图1所示。火线卡与IPC之间通过PCIe总线协议实现通信,A3200控制器将控制指令通过火线卡传递给各驱动器,驱动器接收到信号后作用于各伺服电机,从而控制相应的运动平台实现指令要求的相关运动,最后位移和速度等信息通过编码器反馈给A32〇0控制器,A3200控制器将接收到的信息与发送的指令进行分析比较并在完成控制功能后将分析结果显示在软件界面上。

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结束语:

   A3200控制器为核心搭建了数控系统的硬件平台,结合C++A3200命令函数开发了数控系统的软件界面。

   本文针对A3200控制器特有的闭环控制系统,通过自动调节与手动调节相结合,找到合适的参数对控制器进行了优化,使之与被控对象相匹配,从而使控制系统获得更好的控制效果,提高运动精度。


    在之前工作的基础上对半球谐振子毛坯件进行了加工试验,通过毛坯件前后的粗糙度对比,可以看出加工精度可以满足要求,也验证了控制系统的稳定性。


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