摘要：目前数控车削中心己被广泛地应用，CGH460高精度数控车削中心采用高精度气体静压主轴及精密滚动导轨副，配备先进的FANUC 18iT数控系统，机床性能稳定，精度高，通过先进的伺服控制与伺服调整，最终能够实现亚超精精密加工。
关键词：车削中心FANUC 18iT 伺服控制
北京机床研究所研制的CGH46O高精度数控车削中心，适用于汽车、航天航空、军工制造及精密机械制造等行业。该机床对于加工盘类零件在一次装卡条件下，可以完成车、铣、钻、攻丝等加工工序，满足高精度、小批量的复杂零件的加工需求。
1 机床的主要特点和关键技术
机床床身45°倾斜布置，采用筒形筋板结构，优质铸铁床身，既利于排屑散热，又使机床具有极高的整体刚性，通过高平稳性的结构设计及调试技术，抑制了微量进给时的振动并基本消除了矩形导轨低速爬行。机床X、Z向移动轴具有较高精度的滚动导轨副，配备FANUCα系列交流伺服电机，各伺服轴采用HEIDENHAIN直线光栅尺进行全闭环控制。机床主轴采用高精度气体静压主轴，实际制作中，必须保证机床主轴内部气浮结构具备足够的刚性，保证气浮间隙的完全制造精度，才能使主轴具备高刚度，以满足机床主轴做为Cs轴使用时铣削和钻孔状态的刚度要求。机床配备12个工位动力刀盘，其中3个工位配备动力头。该刀盘具有不抬起刀架既可实现连续分度，就近选刀，换刀时间短，定位精度高等特点。这样就可以在不卸工件的情况下，一次完成在外圆上铣平面、在端面上铣圆弧槽、在轴向和径向钻孔、攻丝等工序，还可以通过系统具有的极坐标插补功能，加工方形工件或沟槽等。
2 机床配置的数控系统
数控系统采用具有64位高速微处理器、带网络接口的超小超薄型、面向复杂车床的高精度轮廓控制等功能的FANUC 18i CNC系统。该系统具有丰富的伺服控制功能和先进的轮廓插补技术，通过CNC纳米插补与高速高精度伺服可实现平滑的位置移动控制。输入/输出单元采用FANUC I/O Unit MODELA。输入模块配置为AID16C；输出模块配置为AOD16C。由于X、Z轴全闭环控制，还需配置FANUC光栅接口。全闭环控制光栅尺的反馈分辨率为0.1μm。另外还配置FANUC Czi高精度磁脉冲编码器，用来进行主轴的Cs轮廓控制。该机床还配置第二主轴作为动力刀盘的动力轴，用于铣削、钻孔等功能。
3 FANUC 18iT系统的主要应用
3.1 输入/输出模块的设定
FANUC I/O Unit MODEL-A模块是与FANUC I/0 link连接的通用I/O模块，在编辑PMC程序时必须设定输入/输出信号的地址（X,Y）。AID16C为输入模块，需设定X地址，AOD16C为输出模块，需设定Y地址。设定时要注意I/O模块设定画面中组数号、基座号以及模块名称的正确设定。
3.2 直线光栅尺的设定
在机床经过半闭环稳定运行后，进行全闭环控制调试。调试时需要对一些伺服参数进行调整。X、Z轴的光栅反馈信号分别接到FANUC光栅接口的JF101和JF102，在FSSB的轴设定画面必须设定分离型接口板Ml,X轴的Ml设定为1,Z轴的Ml设定为2。此外还要对一些伺服参数进行修改，比如第1815号参数的第1位必须设定为1。在伺服参数设定画面上还要对“柔性齿轮比”、“位置反馈脉冲数”、“参考计数器容量”等参数进行正确设定。
3.3 Cs轮廓控制轴的设定
FANUC伺服串行主轴在进行Cs轮廓控制时，可以与X、Z轴一样进行位置控制与插补。该机床通过安装在机床主轴上的FANUC Czi高精度磁脉冲编码器，可以进行高精度的Cs轮廓控制。在安装Czi高精度磁脉冲编码器的一对磁头时需进行间隙和平衡调整（表l）。
表1 参数设置及含义
参数号
参数位
设定值
参数意义
1006
O
l
将Cs轮廓控制的串行主轴设为旋转轴
1022
normal align=center>-
0
设定Cs轮廓控制的串行主轴的轴属性为旋转轴
1023
normal align=center>-
-1
将串行主轴设为Cs轮廓控制轴
3704
7
l
Cs轮廓控制对串行主轴有效
传感器磁头与磁齿的间隙应在 0.1mm 左右，实际在 0.1mm 至 0.12mm 之间就可以得到较强的信号。另外两个传感器磁头要在直径方向，才能保证C轴旋转起来，一转360°方向得到的信号都是均匀的。调整后最好用示波器观察X、Y信号的李莎育图形，观察到的图形应为一整圆。要求在主轴旋转时圆应保持大小一致，不能忽大忽小的变化，否则说明间隙不均匀，或两个传感器磁头不在直径方向上。调整好后还要设定表1参数。除以上设定调整外，还要在PMC程序中对Cs轮廓控制的功能信号进行处理，才能实现正确的Cs轮廓控制功能。
3.4 伺服调整
在机床各种功能稳定运转后，除了机械精度调整外，还要利用系统的伺服调整功能对机床进行加工精度调整。比较典型的有N脉冲抑制功能、停止时比例增益可调功能、机械速度反馈功能、机械共振抑制功能等等，充分利用系统的伺服调整功能参数可以得到事半功倍的效果。
4 结语
CGH46O高精度数控车削中心通过机械精密安装调整，数控伺服调整及螺距误差补偿等技术，能够实现亚超精精密加工（表2）。
表2 机床主要技术参数
项目
技术参数
主轴回转精度
0.07μm
溜板直线性
X轴：1.7μm/
控制系统分辨率
0.1μm
定位精度
X轴：±0.6μm,Z轴：±0.83μm
加工件精度指标（有色金属）
粗糙度
Ra0.02μm
圆度
0.26μm
我们认为，充分利用我们的技术优势，结合当今世界先进的数控技术，完全能够制造出性能优良的、能够满足精密超精密机械加工要求的一流设备。
