基于UMAC的微V槽阵列精密机床数控系统研究与开发

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光纤阵列FA(Fiber Array)器件是一种高集成、小型化和大数据传输的光学器件,已经被广泛用于光通信、医学、工业、军事等领域。至今国内市场上高精密微Ⅴ槽阵列的制作大多是引进国外精密数控机床加工或直接进口,造成成本高、维护困难,开放性不高等缺点,为后续研究和突破造成诸多困难,不利于企业参与国际市场的竞争。为了满足现代化产品及光电产业需求,自主研发出一套微Ⅴ槽精密机床数控系统具有重要意义。  本课题所研究的微Ⅴ槽精密机床正是为了满足光电产业需求而研究设计的,该机床主要用于加工高精密微Ⅴ槽阵列元器件。为了达到微Ⅴ槽加工精度要求,本课题围绕精密机床数控系统展开相关研究工作。  首先,对机床的整体布局及机械关键功能部件进行分析和阐述,论证其机械组成特点对机械系统精度和刚度的影响,接着从硬件功能、成本、开发难易程度及可重复利用率出发,完成机床控制系统硬件选型,基于UMAC运动控制器、研华IPC-5120工控机、Parker公司生产的I-Force无铁芯直线电机、TA330线性放大器、海德汉及雷尼绍模拟量光栅尺完成机床数控系统硬件平台的搭建。  其次,利用UMAC运动控制器开放性特点,在Windows平台下运用QT开发工具完成人机界面程序的编写,人机界面包括建立机床刀具参数、磨削参数、工件参数的数据库管理;加工程序自动生成、手动编写,实现加工文件的读取、保存、复制和删除等功能;程序载入、开始、暂停、停止功能;电机位置和状态的实时监测和反馈等。  然后,对机床数控系统PID参数进行激励整定,提高机床的动静态特性,减少系统跟随误差。为了提高微Ⅴ槽阵列精密机床的定位精度,达到微Ⅴ槽高精度加工要求,利用激光干涉仪对机床Z轴进行定位精度检测和误差补偿,提高机床定位精度及重复定位精度,使机床定位精度达到微Ⅴ槽阵列高精度加工要求。  最后,机床主轴是否进行动平衡调节对微Ⅴ槽阵列元器件进行加工对比实验,通过对微Ⅴ槽的加工结果进行检测与对比分析,验证机床机械特性和数控系统对微Ⅴ槽加工精度的影响,实验结果得出对机床主轴进行动平衡调整后机床数控系统满足微Ⅴ槽间距误差在±0.5μm的要求。
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