碳纤维复合材料已广泛用于航空、航天、汽车及其它领域。作为先进复合材料的使用形态,对形状复杂的零部件成型后进行切削和磨削等二次加工是必要的。但是碳纤维复合材料力学性能呈各向异性,层间强度低,切削时在切削力的作用下容易产生分层、撕裂等缺陷,是典型的难加工材料。目前,国内众多军工企业主要采用台钻或风钻进行手工钻孔和打磨碳纤维复合材料的构件,生产效率极为低下,成本高,而且加工质量差。为解决我国航天企业碳纤维复合材料薄壁构件的加工难题,课题组研究和开发了碳纤维复合材料数控钻磨装备。碳纤维复合材料数控钻磨装备是由机床本体和控制系统两部分组成的三坐标联动系统,通过三轴插补运动实现对主轴电机的运动轨迹控制,由高速主轴电机驱动刀具进行钻磨加工。控制系统是整个装备的控制中枢,本文主要针对设备的控制系统进行研究。根据加工精度、工艺复杂度、伺服轴的个数等基本要求,综合考虑数控系统性价比等因素,提出采用西门子Sinumerik 802D数控系统完成钻磨设备的控制。该系统包括面板控制单元、输入输出单元、机床操作面板和伺服驱动器Simodrive 611UE等。论文设计了主回路与相应控制回路;针对本系统的特点,阐述了系统初始化、数控系统重要参数的个性化设置以及模拟主轴的调试方法;编制了机床调整PLC程序;为保证设备的安全运行,设计了设备安全防护系统(如超程保护、防尘系统等);通过对本系统采用的永磁同步电机伺服系统进行Matlab Simulink仿真,优化驱动器参数,确保设备具有良好的动态性能;并应用Matlab GUI设计了永磁同步电机伺服驱动器调试软件。对钻磨装备的精度检验结果证明,其各项指标均符合设计要求。应用该设备加工一批碳纤维复合材料构件,结果表明,加工质量和精度远高于传统的手工加工方式,满足设计要求,有效地解决了该类构件的加工难题(该设备已于2008年5月交付用户单位使用)。