北京機床研究所研制的CGH46O高精度數(shù)控車削中心，適用于汽車、航天航空、軍工制造及精密機械制造等行業(yè)。該機床對于加工盤類零件在一次裝卡條件下，可以完成車、銑、鉆、攻絲等加工工序，滿足高精度、小批量的復雜零件的加工需求。
1 機床的主要特點和關(guān)鍵技術(shù)
機床床身45°傾斜布置，采用筒形筋板結(jié)構(gòu)，優(yōu)質(zhì)鑄鐵床身，既利于排屑散熱，又使機床具有極高的整體剛性，通過高平穩(wěn)性的結(jié)構(gòu)設(shè)計及調(diào)試技術(shù)，抑制了微量進給時的振動并基本消除了矩形導軌低速爬行。機床X、Z向移動軸具有較高精度的滾動導軌副，配備FANUCα系列交流伺服電機，各伺服軸采用HEIDENHAIN直線光柵尺進行全閉環(huán)控制。機床主軸采用高精度氣體靜壓主軸，實際制作中，必須保證機床主軸內(nèi)部氣浮結(jié)構(gòu)具備足夠的剛性，保證氣浮間隙的完全制造精度，才能使主軸具備高剛度，以滿足機床主軸做為Cs軸使用時銑削和鉆孔狀態(tài)的剛度要求。機床配備12個工位動力刀盤，其中3個工位配備動力頭。該刀盤具有不抬起刀架既可實現(xiàn)連續(xù)分度，就近選刀，換刀時間短，定位精度高等特點。這樣就可以在不卸工件的情況下，一次完成在外圓上銑平面、在端面上銑圓弧槽、在軸向和徑向鉆孔、攻絲等工序，還可以通過系統(tǒng)具有的極坐標插補功能，加工方形工件或溝槽等。
2 機床配置的數(shù)控系統(tǒng)
數(shù)控系統(tǒng)采用具有64位高速微處理器、帶網(wǎng)絡接口的超小超薄型、面向復雜車床的高精度輪廓控制等功能的FANUC 18i CNC系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有豐富的伺服控制功能和先進的輪廓插補技術(shù)，通過CNC納米插補與高速高精度伺服可實現(xiàn)平滑的位置移動控制。輸入/輸出單元采用FANUC I/O Unit MODELA。輸入模塊配置為AID16C；輸出模塊配置為AOD16C。由于X、Z軸全閉環(huán)控制，還需配置FANUC光柵接口。全閉環(huán)控制光柵尺的反饋分辨率為0.1μm。另外還配置FANUC Czi高精度磁脈沖編碼器，用來進行主軸的Cs輪廓控制。該機床還配置第二主軸作為動力刀盤的動力軸，用于銑削、鉆孔等功能。
3 FANUC 18iT系統(tǒng)的主要應用
3.1 輸入/輸出模塊的設(shè)定
FANUC I/O Unit MODEL-A模塊是與FANUC I/0 Link連接的通用I/O模塊，在編輯PMC程序時必須設(shè)定輸入/輸出信號的地址（X,Y）。AID16C為輸入模塊，需設(shè)定X地址，AOD16C為輸出模塊，需設(shè)定Y地址。設(shè)定時要注意I/O模塊設(shè)定畫面中組數(shù)號、基座號以及模塊名稱的正確設(shè)定。
3.2 直線光柵尺的設(shè)定
在機床經(jīng)過半閉環(huán)穩(wěn)定運行后，進行全閉環(huán)控制調(diào)試。調(diào)試時需要對一些伺服參數(shù)進行調(diào)整。X、Z軸的光柵反饋信號分別接到FANUC光柵接口的JF101和JF102，在FSSB的軸設(shè)定畫面必須設(shè)定分離型接口板Ml,X軸的Ml設(shè)定為1,Z軸的Ml設(shè)定為2。此外還要對一些伺服參數(shù)進行修改，比如第1815號參數(shù)的第1位必須設(shè)定為1。在伺服參數(shù)設(shè)定畫面上還要對“柔性齒輪比”、“位置反饋脈沖數(shù)”、“參考計數(shù)器容量”等參數(shù)進行正確設(shè)定。
3.3 Cs輪廓控制軸的設(shè)定
FANUC伺服串行主軸在進行Cs輪廓控制時，可以與X、Z軸一樣進行位置控制與插補。該機床通過安裝在機床主軸上的FANUC Czi高精度磁脈沖編碼器，可以進行高精度的Cs輪廓控制。在安裝Czi高精度磁脈沖編碼器的一對磁頭時需進行間隙和平衡調(diào)整（表l）。
表1 參數(shù)設(shè)置及含義
參數(shù)號
參數(shù)位
設(shè)定值
參數(shù)意義
1006
O
l
將Cs輪廓控制的串行主軸設(shè)為旋轉(zhuǎn)軸
1022
-
0
設(shè)定Cs輪廓控制的串行主軸的軸屬性為旋轉(zhuǎn)軸
1023
-
-1
將串行主軸設(shè)為Cs輪廓控制軸
3704
7
l
Cs輪廓控制對串行主軸有效
傳感器磁頭與磁齒的間隙應在 0.1mm 左右，實際在 0.1mm 至 0.12mm 之間就可以得到較強的信號。另外兩個傳感器磁頭要在直徑方向，才能保證C軸旋轉(zhuǎn)起來，一轉(zhuǎn)360°方向得到的信號都是均勻的。調(diào)整后最好用示波器觀察X、Y信號的李莎育圖形，觀察到的圖形應為一整圓。要求在主軸旋轉(zhuǎn)時圓應保持大小一致，不能忽大忽小的變化，否則說明間隙不均勻，或兩個傳感器磁頭不在直徑方向上。調(diào)整好后還要設(shè)定表1參數(shù)。除以上設(shè)定調(diào)整外，還要在PMC程序中對Cs輪廓控制的功能信號進行處理，才能實現(xiàn)正確的Cs輪廓控制功能。
3.4 伺服調(diào)整
在機床各種功能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)后，除了機械精度調(diào)整外，還要利用系統(tǒng)的伺服調(diào)整功能對機床進行加工精度調(diào)整。比較典型的有N脈沖抑制功能、停止時比例增益可調(diào)功能、機械速度反饋功能、機械共振抑制功能等等，充分利用系統(tǒng)的伺服調(diào)整功能參數(shù)可以得到事半功倍的效果。
4 結(jié)語
CGH46O高精度數(shù)控車削中心通過機械精密安裝調(diào)整，數(shù)控伺服調(diào)整及螺距誤差補償?shù)燃夹g(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)亞超精精密加工2。
表2 機床主要技術(shù)參數(shù)
項目技術(shù)參數(shù)
主軸回轉(zhuǎn)精度0.07μm
溜板直線性X軸：1.7μm/150mm,
Z軸：2.2μm/300mm
控制系統(tǒng)分辨率0.1μm
定位精度X軸：±0.6μm,Z軸：±0.83μm
加工件精度指標（有色金屬）
粗糙度Ra0.02μm
圓度0.26μm
我們認為，充分利用我們的技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合當今世界先進的數(shù)控技術(shù)，完全能夠制造出性能優(yōu)良的、能夠滿足精密超精密機械加工要求的一流設(shè)備。
