MOTEC：control-mind数控系统应用于活塞车床

活塞加工行业国内很长一段时间以来多采用硬靠模的方式加工，也有国内一些活塞厂家以高昂的价格购买了一些国外的数控软靠模活塞车床应用在国内的高精尖领域。近几年国内也有几家公司在生产数控活塞车床，但存在X轴快刀机构的进给精度低，效率慢的问题，加速度一般十个G。又因多采用平板式直线电机，动子负载与高动态性是一对矛盾体，频率低加工的活塞精度也就差，复杂活塞生产困难的问题。另外国内采用的控制系统实时性也制约了机床性能的提升。

针对上述问题，根据科明德公司人多年来积累的经验，采用了将平板式直线电机翻转过来，降低快刀机构的的负载来增加直线电机的响应性。在国内厂家得到了很好的应用。但我们不满足于此，现与快刀机构再次实现技术性的革新。X轴快刀机构采用溜板加德国Bobolowski公司的类似音圈电机的磁吸附力均匀分布的圆筒式直线电机的方式，但较音圈电机出力更大，BOB公司的直线电机加速度可达43个G，这在世界上也是领先的技术。系统采用同当前世界领先的西门子840D和发那科30i系列同样的的基于windows环境下的实时control-mind高性能数控系统。 1、 数控活塞车床专用系统 control-mind高性能数控系统采用同当前世界领先的西门子840D和发那科30i系列数控系统同样的的基于windows环境下的实时系统，内嵌高度开放的控制软件，具有倾斜轴功能，五轴联动加工、最多可8轴连动刀尖轨迹编程，多通道控制，电子凸轮和通用软PLC等功能。control-mind数控系统能在Windows下以0.1毫秒的插补周期控制八个伺服轴的运动，控制的轴数和通道数几乎无限制，能在微秒级捕捉到输入口信号。 主要特点： ★ 在WINDOWS下实时运行的控制系统，适用于车、铣、镗、镂铣、加工中心、磨和关节机器人等多种自动化设备； ★ 识别国际标准DIN 66025 G代码、支持样条函数，螺旋线插补和渐开线插补； ★ 具有电子齿轮箱、龙门同步功能； ★ 控制轴数和通道数几乎没有限制，暂时设计最多8通道64轴； ★ 可以通过脉冲、模拟量、CANOPEN, Profibus, USB, EtherCAT等实时总线控制各种伺服，可以接受每路4M反馈信号，，构成半闭环及全闭环，实现纳米级控制； ★ 每秒中可以执行5000个G代码或运动命令； ★ 控制系统具有反向间隙补偿、螺距补偿、挠性补偿等功能； ★ 有3D刀尖半径补偿功能和RTCP功能； ★ 控制系统使用PID调节算法进行位置和速度控制，P、I和D值可以独立设定； ★ 图形提示式示教功能使编程变得非常简单； ★ 实时动态运动轨迹仿真； ★ 识别CAD文件； ★ 有类似BASIC和C语言的CTASC高级运动控制语言，二次开发能力强，可适用各种专用自动化控制设备； ★ 所有参数按类在各自的子窗口中显示和设定，并有对应中文详细注解； ★ 用户可以用VB，VC或C-shape开发专用用户界面； ★ 系统采用预读功能，通常预读程序段数149段。采用预加速/减速来保证切削矢量速度恒定或平稳过度。 根据此类机床的操作特点，我们用VB开发了一套活塞软靠模车床系统，人机交互编程界面如下：

易于编程的活塞形线数据表和显示形线界面图如下：

2、 直线电机平台 快刀机构可以采用平板式直线电机或者圆筒式直线电机。前者频率低、出力大。后者出力小，频率高。下面对这两种实现方案做分别介绍： 1）、切削刀具的进给机构采用德国BOB公司的LMS系列平板式直线伺服电机，如图所示：  

型号如下：LMS -P 58-070/185-3SPW-1-S， 主要性能参数：

在传统的直线电机应用中都是带有NS磁极的定子固定不动，而带线卷的动子运动。但 动子重量大，而定子重量轻。由于本项目是采用斜床身结构，当动子向上运动时加速度小于向下运动时的加速，影响零件尺寸和精度。为了尽量提供响应速度，实现高速加速，高速减速，而运动位置又要很精确，这里采用了如下图所示的线圈不动，磁极运动的结构：  

采用此种结构后，大大增加了加工时Z轴的加速度和减速度，克服了Z轴向正向运动时和向负方向运动时加速度不一致的问题。同时采用高响应速度的高精度光栅尺作为位置检测元件，定位精度由光栅的分辨率来决定，系统的机械误差可以由反馈消除。 2、快刀机构采用德国BOB公司的圆筒式直线电机实现。 德国Bobolowski公司以超强的设计和加工特殊直线伺服电机和交流伺服电机方面知识和能力而闻名，30 多年来积累了大量丰富的经验和专利技术 , 她的资深电机设计专家们为 BOB 公司定义为专做特种电机，研发他人无法生产的电机。

BOB品牌下的DTL系列圆筒式精密直线电机 行程：27.5～137.5mm  最大加速度达：431m/s�  最大速度：7.5m/s 最大出力：1520N

3、数控活塞软靠模机床主要参数指标和性能特点： 1.主轴速度，切削直径0-1mm可以达到3000转/分; 切削直径0-0.6mm可以达到4000转/分;可根据要求做相应的提高 2，加工活塞最大椭圆度5mm; 3，最快响应时间是0.3ms 4，精度达到 /-0.001mm 5，极高的稳定性； 6，友好易于操作的编程界面； 7，可以加工特种活塞；如在活塞表面圆形凸起，活塞表面刻字等；