【330103-00-06-10-02-00本特利】

：卢工

：（同号）

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超精密车铣机床数控系统的硬件构成与功能

机床数控系统采用PMAC卡嵌入工业PC机的形式，构成双CPU的开放式数控系统，其中PC机作为数控系统的上位机，主要完成系统的协调与管理工作，如通讯控制、图形显示、动态仿真等。并根据加工工件的精度要求，对所加工工件轮廓曲线进行数据点的离散，按照给定曲线形式来对所加工曲线进行分段拟合，完成对加工轮廓曲线的粗插补，实现数控编程。PMAC卡作为数控系统的下位机，主要完成电机位置和速度的实时控制，如对由PC机离散所得的曲线段进行精插补运算和螺距补偿等工作。超精密机床的数控伺服系统的结构如图2所示。

图2基于PMAC控制卡的超精密机床数控伺服系统结构框图

作为上位机的PC机主要通过调用下位机PMAC卡中的相应变量和功能函数等应用程序接口与下位机进行信息交换，实现指令的传送和信息的获取等通讯功能。

PMAC运动控制卡与PC机之间采用ISA总线和双端口RAM (DPRAM) 两种方式进行数据通讯。双端口RAM主要用来与PMAC卡进行快速的数据通讯和命令通讯。DPRAM在用于向PMAC卡写数据时,不但能在实时状态下快速地将位置数据信息或程序信息进行重复下载，而且，在从PMAC卡中读取数据时，还可以快速地重复获取系统的状态信息。若系统不使用DPRAM，这些数据则必须用PMAC卡的在线命令，通过ISA总线进行数据的存取。超精密机床的控制系统利用DPRAM进行数据的自动存取，不需要经过通讯口发送命令和等待响应，大大提高了系统的响应速度，从而提高了系统的加工精度。同时也方便了控制系统中模块之间的快速通讯和地址表的设定,便于编程。

PMAC运动控制卡是整个数控系统的核心，其内部集成了DSP数字信号处理器、内部总线、固化的伺服运算算法、PID +陷波滤波器、数模转换器、用户门列阵和光电隔离电路等芯片，其采用的MotorolaDSP 56000 系列CPU，可同时控制8 个轴同步运动,每轴的伺服控制周期仅为40μs，位置控制精度±1Cts，从而使得数控系统的分辨率仅取决于伺服系统的脉冲当量。PMAC卡可以控制任意型号的电机,且能直接与编码器或光栅尺等输出的正交编码信号相连接，作为位置反馈，形成闭环控制; 内置的PLC使得其在前台有程序运行的同时，可在后台运行多达32个PLC程序。这些PLC程序能以很高的采样速率监视模拟输入和数字输入，设定输出值，发送信息,监视运动参数，改变增益值和命令运动启动/停止序列，用以实现机床的逻辑控制。

超精密机床的数控伺服系统除了数控系统外，还包括扩展I/O 板(如图中的ACC14 和ACC34 等) 、伺服放大器、伺服电机、主轴放大器、主轴电机和位置反馈元件等。

X、Z轴的伺服电机和工作台C轴的磨擦轮驱动电机均选用αi系列电机。伺服驱动器采用高速高精度的HRV (High Response Vector) 控制，并具有高精度的电流检出能力，可以实现高速、高精度、稳定的进给。

进给轴X、Z采用双反馈的策略，速度反馈通过装在伺服电机上的光电编码器来实现; 位置反馈利用海德汉(Heidenhain) 的精密光栅尺实现，并选配倍频转换卡，使反馈系统位置分辨率优于40nm，从而使得整个数控伺服系统的分辨率优于50nm。

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