超声辅助放电铣削五轴复合加工机床数控系统的研究

摘要

随着制造业的快速发展，玻璃、陶瓷、金刚石等硬脆性材料以其抗磨损、耐高温、密度和膨胀系数较低等特性，被广泛应用于航空航天、汽车、医疗、精密仪器等领域。然而这些材料具有硬度高、脆性大、韧性差、加工性能差等缺点，加上过程中常出现龟裂、甚至破损等现象，而且大部分零器件型面特殊且复杂，传统加工技术存在切削难、效率和成功率低等问题，因此目前常采用电火花加工、超声加工技术及超声复合加工技术对硬脆性材料进行加工。本课题主要为了解决硬脆性材料加工难的问题，开展了集大电流放电铣削粗加工、旋转超声辅助磨削加工、超声辅助放电加工和传统铣削加工为一体的多功能硬脆材料复合加工装备的研究，设计了超声辅助放电铣削五轴复合加工机床的数控系统。
　　 该系统采用NC嵌入PC型的开放式数控系统，NC选用Delta Tau公司PMAC-PCI运动控制卡作为运动控制的核心，利用工控机(IPC)丰富的软硬件资源构成双CPU结构，通过PMAC运动控制卡传递命令给电机驱动器控制电机运动，选择光栅尺和光电编码器构成闭环或半闭环反馈系统，进行伺服环更新，同时利用PMAC的I-变量调节系统PID并进行定位精度和重复定位精度补偿，保证了系统的高效性、稳定性和高精度性。在Windows开发平台下使用VisualC++6.0软件编写人机交互界面，利用动态链接实现上位机与PMAC、超声频率发生器、电火花电源等装置的通讯，采用“模块化”设计方法，通过人机交互界面，用户可以进行坐标设定、定位测量、程序编辑、铣削加工、超声电火花加工、刀具补偿、系统状态检测等功能。从而实现了数控系统软硬件的设计与开发。利用超声辅助放电铣削五轴复合加工机床对K9光学玻璃、SiC等硬脆性材料进行了初步的加工实验，证明了系统的可用性和高精度性，为今后的进一步研究打下了坚实的基础。