第2章-数控机床的数控系统.ppt

第第2章章 数控机床的数控系统数控机床的数控系统本章主要内容本章主要内容l2.1 典型数控系统介绍典型数控系统介绍l2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理 l2.3 数控系统的硬件结构数控系统的硬件结构 l2.4 数控系统的软件结构数控系统的软件结构 l2.5 数据处理数据处理 l2.6 数控系统的插补原理数控系统的插补原理 l2.7 逐点比较法逐点比较法.本章知识点本章知识点1典型数控系统：典型数控系统：FANUC、SIEMENS和和HNC-21的简介的简介2数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理3数控系统软件的特点与结构模式数控系统软件的特点与结构模式4零件程序的输入、译码、刀具补偿和处理用缓冲零件程序的输入、译码、刀具补偿和处理用缓冲 区等数据处理区等数据处理 5.可编程控制器（可编程控制器（PLC）的相关知识）的相关知识6数控系统的插补原理与插补方法。数控系统的插补原理与插补方法。7常用插补法方法：逐点比较法的介绍常用插补法方法：逐点比较法的介绍下一页.2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍2.1.1 FANUC数控系统介绍数控系统介绍 l日本日本FANUC公司生产的公司生产的CNC产品主要有产品主要有FS0、FS3、FS6、FS10/11/12、FS15、FS16、FS18、FS21/210等系列。目前，我国用户使用的系列主要等系列。目前，我国用户使用的系列主要有有FS0、FS15、FS16、FS18、FS21/210等。等。1FS0系列系列 l1985年年FANUC公司推出了公司推出了FS0系列面板装配式数控系列面板装配式数控系统，它的主要特点是体积小、价格低，适用于机电系统，它的主要特点是体积小、价格低，适用于机电一体化的数控机床。一体化的数控机床。FS0系列数控一般由主电路板、系列数控一般由主电路板、PLC板、附加板、附加I/O板、图形控制板和电源组成。板、图形控制板和电源组成。下一页 返回.2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍FS0系列数控系统有多种规格。常用的数控系统型号有：系列数控系统有多种规格。常用的数控系统型号有：FS0-MA/MB/MEA/MC/MF用于加工中心、数控铣床和用于加工中心、数控铣床和镗床；镗床；FS0-TA/TB/TEA/TC/TF用于数控车床；用于数控车床；FS0-TTA/TTB/TTC用于一个主轴双刀架或两个主轴双刀用于一个主轴双刀架或两个主轴双刀架的四轴数控车床；架的四轴数控车床；FS0-GA/GB用于数控磨床；用于数控磨床；FS0-用于回转头压力机。用于回转头压力机。其中，其中，T型用于单刀架单主轴的数控车床；型用于单刀架单主轴的数控车床；TT型用于单主轴型用于单主轴双刀架或双主轴双刀架的数控车床；双刀架或双主轴双刀架的数控车床；M型用于数控铣床或加型用于数控铣床或加工中心；工中心；G型用于数控磨床；型用于数控磨床；F型是对话型数控系统。型是对话型数控系统。上一页 下一页 返回.2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍2FS6系列系列 l1979年推出的年推出的FS6系列数控系统，是具备一般功能和部系列数控系统，是具备一般功能和部分高级功能的中级型分高级功能的中级型CNC系统。其中，系统。其中，6M适用于数控铣、适用于数控铣、镗床和加工中心；镗床和加工中心；6T适用于数控车床。适用于数控车床。3FS10/11/12系列系列 l1984年推出的年推出的FS10/11/12系列数控系统为多微处理系列数控系统为多微处理器控制系统。器控制系统。FS10/11/12系列数控系统适用于大、中系列数控系统适用于大、中型数控机床，具有很多规格，可用于各种机床，规格型号型数控机床，具有很多规格，可用于各种机床，规格型号有有M型、型、T型、型、TT型和型和F型。型。上一页 下一页 返回.2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍4FS15系列系列 l1987年年FANUC公司推出新的公司推出新的FS15系列多微处理器控制数控系列多微处理器控制数控系统，称之为系统，称之为AI-CNC系统（人工智能数控系统）。它适用于系统（人工智能数控系统）。它适用于大型机床、复合机床的多轴控制和多系统控制。大型机床、复合机床的多轴控制和多系统控制。5FS16系列系列 lFS16系列是功能上位于系列是功能上位于FS15系列和系列和FS0系列之间的最数控系系列之间的最数控系统，在作为控制用的统，在作为控制用的32位复合指令集计算机位复合指令集计算机CISC（Complex Instruction Set Computer）上又增）上又增加了加了32位精减指令集计算机位精减指令集计算机RISC（Reduced Instruction Set Computer）。）。FS16系列采用高速系列采用高速32位位FANUC BUS和和TFT彩色液晶薄型显示器等新技术。彩色液晶薄型显示器等新技术。上一页 下一页 返回.2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍6FS18系列系列 lFS18系列是紧接着系列是紧接着FS16系列推出的系列推出的32位数控系统，在位数控系统，在功能上也是位于功能上也是位于FS15系列和系列和FS0系列之间，但低于系列之间，但低于FS16系列。系列。7FS21/210系列系列 lFS21/210系列是系列是FANUC公司最新推出的系统，该系公司最新推出的系统，该系统常用的数控系统型号有统常用的数控系统型号有FANUC 21i-MA/MB、FANUC 21i-TA/TB等。本系列的数控系统适用于中、等。本系列的数控系统适用于中、小型数控机床。小型数控机床。上一页 下一页 返回.2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍2.1.2 SIEMENS数控系统介绍数控系统介绍 lSIEMENS数控系统是由德国数控系统是由德国SIEMENS公司生产，公司生产，产品主要有产品主要有SINUMERIK 3、SINUMERIK 8、SINUMERIK 810、SINUMERIK 820、SINUMERIK 850、SINUMERIK 880、SINUMERIK 840、SINUMERIK 802等系列。等系列。上一页 下一页 返回.2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍1SINUMERIK 3系列系列 lSINUMERIK 3系列数控系统适用于各种机床控制，有系列数控系统适用于各种机床控制，有M型、型、T型、型、TT型、型、G型和型和N型等。此外，型等。此外，3T系统借助于系统借助于转换功能，可使一般的数控车床变成一个柔性车削中心。转换功能，可使一般的数控车床变成一个柔性车削中心。lSINUMERIK 3系列数控系统主要由中央处理单元、存系列数控系统主要由中央处理单元、存储器模块、操作面板接口、外部连接接口、储器模块、操作面板接口、外部连接接口、PLC中央处理中央处理单元、单元、PLC存储模块、编程器接口、逻辑模块及各种输入存储模块、编程器接口、逻辑模块及各种输入/输出模块等组成。输出模块等组成。.2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍2SINUMERIK 8系列系列lSIEMENS公司于公司于20世纪世纪80年代初期推出，适年代初期推出，适用于各种数控机床。用于各种数控机床。lSINUMERIK 8系列数控系统主要由主控制模系列数控系统主要由主控制模块、电源模块、存储模板、各种位置控制模板、块、电源模块、存储模板、各种位置控制模板、测量接口模板、操作面板、电源模板和译码电路测量接口模板、操作面板、电源模板和译码电路模板、模板、PLC与与CNC接口模板、接口模板、PLC和和CNC信号信号传递模板及系统软件模板等组成。传递模板及系统软件模板等组成。上一页 下一页 返回.2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍3SINUMERIK 810/820系列系列 lSIEMENS公司于公司于20世纪世纪80年代中期推出，该系列产品年代中期推出，该系列产品分为分为M、T、G型等。其中型等。其中M型用于数控镗床、铣床和加型用于数控镗床、铣床和加工中心；工中心；T型用于数控车床；型用于数控车床；G型用于数控磨床。此系统型用于数控磨床。此系统一般用于中、小型数控机床。一般用于中、小型数控机床。lSINUMERIK 810/820系列数控系统由系列数控系统由CPU模块、模块、位置控制模块、系统程序存储器模块、文字图形处理模块、位置控制模块、系统程序存储器模块、文字图形处理模块、接口模块、接口模块、I/O模块、模块、CRT显示器及操作面板组成。显示器及操作面板组成。l如如P50图图2-2所示为所示为SINUMERIK 810数控系统结构。数控系统结构。.2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍4SINUMERIK 850/880系列系列 l20世纪世纪80年代后期，年代后期，SIEMENS公司推出了公司推出了SINUMERIK 850/880系列数控系统。该系系列数控系统。该系列产品适用于高度自动化水平的机床及柔性制列产品适用于高度自动化水平的机床及柔性制造系统，有造系统，有850M、850T、880M和和880T等等规格。规格。SINUMERIK 850/880最多可控制最多可控制30个主、辅坐标轴和个主、辅坐标轴和6个主轴，可实现个主轴，可实现16个工个工位联动控制。位联动控制。上一页 下一页 返回.2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍5SINUMERIK 802系列系列l20世纪世纪90年代后期，年代后期，SIEMENS公司推出了公司推出了SINUMERIK 802系列数控系统。系列数控系统。l其中其中802S和和802C是经济型数控系统，可带是经济型数控系统，可带3个进给轴。个进给轴。802S采用带有脉冲及方向信号的步进驱动接口，可配接采用带有脉冲及方向信号的步进驱动接口，可配接STEPDRIVEC/C+步进驱动器和五相混合式步进电机或步进驱动器和五相混合式步进电机或FMSTEPDRIVE步进驱动器和步进驱动器和1FL3系列三相步进电动机，系列三相步进电动机，如如P51图2-3所示为SINUMERIK 802S数控系统结构；数控系统结构；802C则包含有传统的则包含有传统的-10V10V接口，可配接接口，可配接SIMODRIVE611驱动装置。驱动装置。802S/C除了除了3个进给轴外，都个进给轴外，都有一个有一个-10V+10V接口，用于连接主轴驱动。接口，用于连接主轴驱动。SINUMERIK 802S/C包含操作面板、包含操作面板、机床控制面板、机床控制面板、CNC单元及单元及PLC模块，可安装在通用的安装导轨上。模块，可安装在通用的安装导轨上。lSINUMERIK 802D是数字式的数控系统，可控制最多是数字式的数控系统，可控制最多4个数个数字进给轴和一个主轴。如字进给轴和一个主轴。如P52图图2-4所示。数控系统通过所示。数控系统通过PROFIBUS总线与总线与I/O模块和数字驱动模块相连接，主轴通过模块和数字驱动模块相连接，主轴通过模拟接口控制。模拟接口控制。SINUMERIK 802S/802C/802D采用采用SIMATIC S7-200PLC指令集对系统内部指令集对系统内部PLC进行编程。进行编程。.2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍2.1.3 HNC-21数控系统介绍数控系统介绍 l国产华中国产华中“世纪星世纪星”数控系统采用基于工业计算机作为硬数控系统采用基于工业计算机作为硬件平台的开放式体系结构的创新技术路线，充分利用件平台的开放式体系结构的创新技术路线，充分利用PC软、硬件的丰富资源，通过软件技术的创新，实现数控技软、硬件的丰富资源，通过软件技术的创新，实现数控技术的突破。如术的突破。如图图2-5所示为华中所示为华中“世纪星世纪星”系列产品。系列产品。1“世纪星世纪星”系统配置主要特点如下：系统配置主要特点如下：l（1）基于工业）基于工业PC的数控系统，先进的开放式体系结构。的数控系统，先进的开放式体系结构。可与数控车、数控铣、加工中心、车铣复合等机床配套。可与数控车、数控铣、加工中心、车铣复合等机床配套。l（2）“世纪星世纪星”系统有普及型（系统有普及型（HNC-21）和功能型）和功能型（HNC-22）两个系列，可配）两个系列，可配6个进给轴，最大联动轴数个进给轴，最大联动轴数为为6轴。进给轴控制接口类型有脉冲、模拟、串口等多种轴。进给轴控制接口类型有脉冲、模拟、串口等多种类型，可连接多种伺服电机和步进电机。既可用作半闭环、类型，可连接多种伺服电机和步进电机。既可用作半闭环、闭环控制，也可用作开环控制。闭环控制，也可用作开环控制。上一页 下一页 返回.2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍l（3）系统配置）系统配置7.7英寸彩色液晶显示器（分辨率英寸彩色液晶显示器（分辨率640480象素），也可配象素），也可配10.4英寸英寸TFT彩色液晶显示彩色液晶显示器（分辨率器（分辨率640480象素），画面美观、清晰、直观。象素），画面美观、清晰、直观。l（4）可选配电子盘、硬盘、软驱、网络等存储器，极大）可选配电子盘、硬盘、软驱、网络等存储器，极大地方便用户的程序输入。用户程序可断电储存容量达地方便用户的程序输入。用户程序可断电储存容量达16MB。程序存储个数无限制。程序存储个数无限制,直至存储器写满。直至存储器写满。l（5）标准配置）标准配置40路输入和路输入和32路输出，不需扩展即可满路输出，不需扩展即可满足大部分数控车、铣和加工中心的控制要求，并可根据需足大部分数控车、铣和加工中心的控制要求，并可根据需要扩展到要扩展到128路输入和路输入和128路输出。路输出。l（6）面板包含标准数控车、铣床操作按钮和状态指示灯，）面板包含标准数控车、铣床操作按钮和状态指示灯，使用户操作直观明了。显示屏亮度具有手动和自动调节功使用户操作直观明了。显示屏亮度具有手动和自动调节功能。能。上一页 下一页 返回.2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍l（7）DNC接口通讯功能，接口通讯功能，DNC最大速度最大速度115.2KB/S；可选配局域网（以太网）连接功能，可实现数控机床联；可选配局域网（以太网）连接功能，可实现数控机床联网，以太网速度可达网，以太网速度可达10100MB/S。2“世纪星世纪星”系统功能主要特点如下：系统功能主要特点如下：l（1）编程语言采用国际通用的）编程语言采用国际通用的G代码编程，具有直线、代码编程，具有直线、圆弧、螺旋线插补功能，支持程序的旋转、缩放、镜像、圆弧、螺旋线插补功能，支持程序的旋转、缩放、镜像、刀具补偿、宏程序、子程序调用、多种坐标系设定等功能。刀具补偿、宏程序、子程序调用、多种坐标系设定等功能。支持支持MasterCAM、UG、ProE和和CAXA等等CAD/CAM系统生成的数控加工程序。系统生成的数控加工程序。l（2）支持公制）支持公制/英制输入，绝对值英制输入，绝对值/增量值编程，每分钟增量值编程，每分钟/每转进给和直径每转进给和直径/半径编程等功能。半径编程等功能。上一页 下一页 返回.3.1 数控系统基本原理数控系统基本原理l（3）提供多种固定循环和复合循环，数控车床内（外）提供多种固定循环和复合循环，数控车床内（外）径粗车复合循环支持凹槽加工功能。固定循环和复合循环径粗车复合循环支持凹槽加工功能。固定循环和复合循环的使用可以用一个程序段来完成一个加工循环，使编程大的使用可以用一个程序段来完成一个加工循环，使编程大大简化。大简化。l（4）数控车床支持倒角（直角、圆角）、螺纹切削，螺）数控车床支持倒角（直角、圆角）、螺纹切削，螺纹切削具有多头螺纹加工功能，并可加工变螺距螺纹。数纹切削具有多头螺纹加工功能，并可加工变螺距螺纹。数控铣床既支持柔性攻丝也支持刚性攻丝，刚性攻丝的使用控铣床既支持柔性攻丝也支持刚性攻丝，刚性攻丝的使用提高了加工效率提高了加工效率,保证螺纹精度。保证螺纹精度。l（5）支持恒线速度切削功能，根据刀尖的位置自动变化）支持恒线速度切削功能，根据刀尖的位置自动变化主轴速度，使切削线速度保持恒定，以满足工件加工的工主轴速度，使切削线速度保持恒定，以满足工件加工的工艺要求，大大提高精加工面粗糙度，延长刀具的使用寿命。艺要求，大大提高精加工面粗糙度，延长刀具的使用寿命。上一页 下一页 返回.3.1 数控系统基本原理数控系统基本原理l（6）具有小线段连续高速加工功能（）具有小线段连续高速加工功能（G64）和准确定位功能）和准确定位功能（G61），加减速控制采用），加减速控制采用S曲线加减速。曲线加减速。G64支持程序超支持程序超前预处理，超前预读程序，将小线段按连续轨迹高速进给，前预处理，超前预读程序，将小线段按连续轨迹高速进给，根据拐角大小，自适应控制进给速度，保证拐点处的误差小根据拐角大小，自适应控制进给速度，保证拐点处的误差小于跟踪误差的允差设定，特别适合加工于跟踪误差的允差设定，特别适合加工CAD/CAM生成的复生成的复杂模具加工程序。杂模具加工程序。l（7）8重子程序调用，宏程序支持逻辑运算符（重子程序调用，宏程序支持逻辑运算符（AND、OR、NOT）、函数（）、函数（SIN、COS、TAN、ATAN、ATAN2,、ABS、INT、SQRT、EXP）、条件判别语句（）、条件判别语句（IF、ELSE、ENDIF）和循环语句（）和循环语句（WHILE、ENDW），可实现复杂的），可实现复杂的运算，功能强大。用户使用变量进行算术、逻辑和函数的混运算，功能强大。用户使用变量进行算术、逻辑和函数的混合运算，可编制各种复杂的零件加工程序，减少甚至免除繁合运算，可编制各种复杂的零件加工程序，减少甚至免除繁琐计算，大大精简程序量。琐计算，大大精简程序量。上一页 下一页 返回.3.1 数控系统基本原理数控系统基本原理l（8）支持单、双向螺距补偿和反向间隙补偿，螺距补偿）支持单、双向螺距补偿和反向间隙补偿，螺距补偿数据最多可达数据最多可达256点。具有跟踪误差允差设定与报警功能，点。具有跟踪误差允差设定与报警功能，数控系统实时监控机床实际坐标，对机床的非正常运行状数控系统实时监控机床实际坐标，对机床的非正常运行状态进行报警。态进行报警。l（9）具有断点保存与恢复功能，大零件程序加工可分时）具有断点保存与恢复功能，大零件程序加工可分时段加工，系统记忆上次中断加工时的状态，为用户提供极段加工，系统记忆上次中断加工时的状态，为用户提供极大的方便。大的方便。l（10）三维图形实时显示刀具轨迹和零件形状，界面实）三维图形实时显示刀具轨迹和零件形状，界面实时加工参数显示，包括坐标位置（机床、工件、相对）、时加工参数显示，包括坐标位置（机床、工件、相对）、跟踪误差、剩余进给、跟踪误差、剩余进给、M、S、T和进给速度、倍率等，和进给速度、倍率等，显示内容丰富。显示内容丰富。l（11）空运行和图形化程序校验功能，方便加工代码的）空运行和图形化程序校验功能，方便加工代码的编制和检验。具有后台编程功能。编制和检验。具有后台编程功能。上一页 下一页 返回.2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍l（12）具有进给修调、快速修调和主轴转速修调三种控）具有进给修调、快速修调和主轴转速修调三种控制功能，修调范围达到制功能，修调范围达到10150。l（13）系统采用汉字用户界面，提供完善的在线帮助功）系统采用汉字用户界面，提供完善的在线帮助功能（程序代码和帮助图例），操作简便，易于掌握和使用。能（程序代码和帮助图例），操作简便，易于掌握和使用。l（14）支持自动换刀、刀具长度补偿和刀尖半径补偿。）支持自动换刀、刀具长度补偿和刀尖半径补偿。数控车床系统支持多种对刀方式（相对刀偏和绝对刀偏），数控车床系统支持多种对刀方式（相对刀偏和绝对刀偏），刀补具有圆弧半径补偿，满足高精度加工的要求。刀补具有圆弧半径补偿，满足高精度加工的要求。l（15）支持指定程序行加工、任意程序行加工和程序跳）支持指定程序行加工、任意程序行加工和程序跳段功能，加工代码的控制更加方便、灵活。段功能，加工代码的控制更加方便、灵活。l（16）提供二次开发接口，可按用户要求定制控制系统）提供二次开发接口，可按用户要求定制控制系统的功能，适合专用机床控制系统的开发。的功能，适合专用机床控制系统的开发。上一页 下一页 返回.2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍其它数控系统介绍其它数控系统介绍 除了以上的三种系统，还有：除了以上的三种系统，还有：l日本的日本的Mitsubishi（三菱）控制系统（三菱）控制系统l美国的美国的ALLEN-BRADLEY（A-B）系统）系统l西班牙的西班牙的FAGOR（发格）系统（发格）系统l美国的美国的CINCINNATI（辛辛那提）系统（辛辛那提）系统l日本的日本的OKUMA（大隈）系统（大隈）系统l法国的法国的Num（纽目）系统（纽目）系统l德国的德国的Heidenhain（海德汉）系统（海德汉）系统l德国的德国的DECKEK控制系统控制系统l意大利的意大利的FIDIA系统系统l德国的德国的HELLER系统和美国的马豪数控系统等。系统和美国的马豪数控系统等。上一页 下一页 返回.2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理2.2.1 数控系统的组成数控系统的组成 l数控系统是由各种逻辑元件、记忆元件组成的逻辑数控系统是由各种逻辑元件、记忆元件组成的逻辑电路，是固定接线的硬件结构，由元件实现全部数电路，是固定接线的硬件结构，由元件实现全部数控功能。从外部看，数控系统是由硬件（通用硬件控功能。从外部看，数控系统是由硬件（通用硬件和专用硬件）和软件（专用）两大部分组成，如和专用硬件）和软件（专用）两大部分组成，如图图2-6所示。所示。l数控系统的控制精度主要取决于硬件，而控制功能数控系统的控制精度主要取决于硬件，而控制功能主要取决于软件。主要取决于软件。l数控系统的逻辑控制、几何数据处理以及零件程序数控系统的逻辑控制、几何数据处理以及零件程序的执行均由的执行均由CPU统一控制，即数控系统为软件控制统一控制，即数控系统为软件控制系统。系统。上一页 下一页 返回.2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理l计算机数控系统的组成如计算机数控系统的组成如图图2-7所示。主要由操所示。主要由操作面板、输入作面板、输入/输出装置、计算机数控装置、伺输出装置、计算机数控装置、伺服单元、驱动装置、可编程逻辑控制器服单元、驱动装置、可编程逻辑控制器PLC等等组成。组成。.2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理1操作面板操作面板 l操作面板是操作人员与机床数控系统进行信息操作面板是操作人员与机床数控系统进行信息交流的工具，它由按钮站、状态灯、按键阵列交流的工具，它由按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘类似）和显示器组成。数（功能与计算机键盘类似）和显示器组成。数控系统一般采用集成式操作面板，分为三大区控系统一般采用集成式操作面板，分为三大区域：显示区，域：显示区，NC键盘区和机床控制面板区。如键盘区和机床控制面板区。如图图2-8所示。所示。上一页 下一页 返回.2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理2输入输入/输出装置输出装置l输入装置的作用输入装置的作用是将程序载体上的数控代码变成相应的数字信是将程序载体上的数控代码变成相应的数字信号，传送并存入数控装置内。号，传送并存入数控装置内。l输出装置的作用输出装置的作用是显示加工过程中必要的信息，如坐标值、报是显示加工过程中必要的信息，如坐标值、报警信号等。警信号等。l数控机床加工的过程是机床数控系统和操作人员进行信息交流数控机床加工的过程是机床数控系统和操作人员进行信息交流的过程，输入、输出装置就是这种人机交互设备，典型的有键的过程，输入、输出装置就是这种人机交互设备，典型的有键盘和显示器。计算机数控系统还可以用通讯的方式进行信息的盘和显示器。计算机数控系统还可以用通讯的方式进行信息的交换，这是实现交换，这是实现CAD/CAM集成、集成、FMS和和CIMS的基本技术。的基本技术。上一页 下一页 返回.2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理通常采用的通讯方式有：通常采用的通讯方式有：（1）串行通讯（）串行通讯（RS232等串行通讯接口）。等串行通讯接口）。（2）自动控制专用接口和规范（）自动控制专用接口和规范（DNC和和MAP等）。等）。（3）网络技术（）网络技术（INTERNET和和LAN等）。等）。上一页 下一页 返回.2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理3计算机数控装置（计算机数控装置（CNC装置）装置）l数控装置是计算机数控系统的核心，它包括微处理器数控装置是计算机数控系统的核心，它包括微处理器CPU、存储器、局部总线、外围逻辑电路及与数控系、存储器、局部总线、外围逻辑电路及与数控系统其它组成部分联系的接口及相应控制软件。如统其它组成部分联系的接口及相应控制软件。如P54图图2-9所示。所示。l数控装置输出的信号有各坐标轴的进给速度，进给方数控装置输出的信号有各坐标轴的进给速度，进给方向和位移指令，还有主轴的变速，换向和启停信号，向和位移指令，还有主轴的变速，换向和启停信号，选择和交换刀具的指令，控制冷却液，润滑油启停，选择和交换刀具的指令，控制冷却液，润滑油启停，工件和机床部件松开、夹紧，分度工作台转位辅助指工件和机床部件松开、夹紧，分度工作台转位辅助指令信号等。如令信号等。如图图2-10所示为典型数控系统面板，分别所示为典型数控系统面板，分别为为FANUC 0i、华中世纪星、华中世纪星HNC-21T及西门子及西门子802S数控装置。数控装置。上一页 下一页 返回.2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理4伺服单元伺服单元 l伺服单元分为主轴伺服和进给伺服，分别用来控制主轴电伺服单元分为主轴伺服和进给伺服，分别用来控制主轴电动机和进给电动机。伺服单元接收来自数控装置的进给指动机和进给电动机。伺服单元接收来自数控装置的进给指令，这些指令经变换和放大后通过驱动装置转变成执行部令，这些指令经变换和放大后通过驱动装置转变成执行部件进给的速度、方向、位移。因此伺服单元是数控装置与件进给的速度、方向、位移。因此伺服单元是数控装置与机床本体的联系环节，它把来自数控装置的微弱指令信号机床本体的联系环节，它把来自数控装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。放大成控制驱动装置的大功率信号。l伺服单元就其系统而言又有开环系统、半闭环系统和闭环伺服单元就其系统而言又有开环系统、半闭环系统和闭环系统之分，其工作原理亦有差别。系统之分，其工作原理亦有差别。上一页 下一页 返回.2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理5驱动装置驱动装置 l驱动装置将伺服单元的输出变为机械运动，它与伺服单元驱动装置将伺服单元的输出变为机械运动，它与伺服单元一起是数控装置和机床传动部件间的联系环节，它们有的一起是数控装置和机床传动部件间的联系环节，它们有的带动工作台，有的带动刀具，通过几个轴的综合联动，使带动工作台，有的带动刀具，通过几个轴的综合联动，使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动，加工出形状、刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动，加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。尺寸与精度符合要求的零件。l与伺服单元相对应，驱动装置有步进电机，直流伺服电机与伺服单元相对应，驱动装置有步进电机，直流伺服电机和交流伺服电机等。和交流伺服电机等。上一页 下一页 返回.2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理6可编程控制器（可编程控制器（PLC）l可编程控制器（可编程控制器（PLC）是一种专为工业环境下应用而设计）是一种专为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。它采用可编程序的存储器，的数字运算操作的电子系统。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械设备和生产过程。和输出，控制各种类型的机械设备和生产过程。l当当PLC用于控制机床顺序动作时，称为用于控制机床顺序动作时，称为PMC(Programmable Machine Controller)模块，模块，它在数控装置中接收来自操作面板，机床上的各行程开关，它在数控装置中接收来自操作面板，机床上的各行程开关，传感器、按钮、强电柜里的继电器以及主轴控制，刀库控传感器、按钮、强电柜里的继电器以及主轴控制，刀库控制的有关信号，经处理后输出去控制相应器件的运行。制的有关信号，经处理后输出去控制相应器件的运行。上一页 下一页 返回.2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理2.2.2 数控系统的特点数控系统的特点1、灵活性、灵活性l这是数控系统的突出优点。对于数控系统，只要改变相应的控制程序就可以补充和开发新的功能，并不必制造新的硬件。数控系统能够随着工厂的发展而发展，也能适应将来改变工艺的要求。在数控设备安装之后，新的技术还可以补充到系统中去，这就延长了系统的使用期限。因此，CNC系统具有很大的“柔性”灵活性。.2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理2.2.2 数控系统的特点数控系统的特点2、通用性、通用性l在在 CNC 系统中，硬件系统采用模块结构，依系统中，硬件系统采用模块结构，依靠软件变化来满足被控设备的各种不同要求。靠软件变化来满足被控设备的各种不同要求。采用标准化接口电路，给机床制造厂和数控用采用标准化接口电路，给机床制造厂和数控用户带来了许多方便。于是，用一种户带来了许多方便。于是，用一种 CNC 系统系统就可能满足大部分数控机床就可能满足大部分数控机床(包括车床、铣床、包括车床、铣床、加工中心、钻镗床等加工中心、钻镗床等)的要求，还能满足某些的要求，还能满足某些别的设备应用。当用户要求某些特殊功能时，别的设备应用。当用户要求某些特殊功能时，仅仅是改变某些软件而已。由于在工厂中使用仅仅是改变某些软件而已。由于在工厂中使用同一类型的控制系统，培训和学习也十分方便。同一类型的控制系统，培训和学习也十分方便。.2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理2.2.2 数控系统的特点数控系统的特点3、可靠性、可靠性l在在CNC系统中，由于许多功能都由软件实现，硬件系系统中，由于许多功能都由软件实现，硬件系统所需元器件数目大为减少，整个系统的可靠性大大统所需元器件数目大为减少，整个系统的可靠性大大改善，特别是随着大规模集成电路和超大规模集成电改善，特别是随着大规模集成电路和超大规模集成电路的采用，系统可靠性更为提高。路的采用，系统可靠性更为提高。l据美国第据美国第13届届 NCS 年会统计的世界上数控系统平均年会统计的世界上数控系统平均无故障时间是：硬线无故障时间是：硬线NC系统为系统为136h，小型计算机，小型计算机CNC系统为系统为984h，而微处理机，而微处理机 CNC 系统据日本发系统据日本发那科公司宣称已达那科公司宣称已达23000h。.2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理2.2.2 数控系统的特点数控系统的特点4、易于实现许多复杂的功能、易于实现许多复杂的功能lCNC 系统可以利用计算机的高度计算能力，实现一些系统可以利用计算机的高度计算能力，实现一些高级的复杂的数控功能。刀具偏移、英公制转换、固高级的复杂的数控功能。刀具偏移、英公制转换、固定循环等都能用适当的软件程序予以实现；复杂的插定循环等都能用适当的软件程序予以实现；复杂的插补功能，例如抛物线插补、螺旋线插补等也能用软件补功能，例如抛物线插补、螺旋线插补等也能用软件方法来解决；刀具补偿也可在加工过程中进行计算；方法来解决；刀具补偿也可在加工过程中进行计算；大量的辅助功能都可以被编程；子程序概念的引入，大量的辅助功能都可以被编程；子程序概念的引入，大大简化了程序编制。大大简化了程序编制。.2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理2.2.2 数控系统的特点数控系统的特点5、使用维修方便、使用维修方便lCNC 系统的一个吸引人的特点是有一套诊断程序，当系统的一个吸引人的特点是有一套诊断程序，当数控系统出现故障时，能显示出故障信息，使操作和数控系统出现故障时，能显示出故障信息，使操作和维修人员能了解故障部位，减少了维修的停机时间。维修人员能了解故障部位，减少了维修的停机时间。l另外，还可以备有数控软件检查程序，防止输入非法另外，还可以备有数控软件检查程序，防止输入非法数控程序或语句，这将给编程带来许多方便。数控程序或语句，这将给编程带来许多方便。l有的有的CNC系统还有对话编程、蓝图编程，使程序编制系统还有对话编程、蓝图编程，使程序编制简便，不需很高水平的专业编程人员。简便，不需很高水平的专业编程人员。.2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理2.2.3 数控系统的基本原理数控系统的基本原理 lCNC系统的生产厂家编制好系统的生产厂家编制好CNC控制软件（也控制软件（也称为系统程序）后，都要把它固化在称为系统程序）后，都要把它固化在ROM（EPROM）（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程，可擦除可编程ROM）中，系统接上电源后即自动由中，系统接上电源后即自动由CPU按按照此固化的程序运行。照此固化的程序运行。上一页 下一页 返回.2.2 数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理数控系统的主要任务是控制零件程序的执行，数控系统的主要任务是控制零件程序的执行，其他任务可以说是为了更好地完成这一任务其他任务可以说是为了更好地完成这一任务而进行的辅助和配合。而进行的辅助和配合。一个零件程序的执行首先要输入数控系统，一个零件程序的执行首先要输入数控系统，经过译码、数据处理、插补和位置控制，由经过译码、数据处理、插补和位置控制，由伺服系统执行数控系统输出的指令驱动机床伺服系统执行数控系统输出的指令驱动机床完成加工。完成加工。如如图图2-11所示为数控系统的工作过程。所示为数控系统的工作过程。上一页 下一页 返回.2.3 数控系统的硬件结构数控系统的硬件结构2.3.1 数控系统的硬件类型数控系统的硬件类型l数控系统的硬件结构，按其中含有数控系统的硬件结构，按其中含有CPU的多少可划分为的多少可划分为单机单机系统系统和和多机系统多机系统。l1.单机系统单机系统是指整个数控系统只有一个是指整个数控系统只有一个CPU，它集中控制和管理整，它集中控制和管理整个系统资源，通过分时处理的方式来实现各种数控功能。个系统资源，通过分时处理的方式来实现各种数控功能。其特点是投资小，结构简单，易于实现，但系统功能受其特点是投资小，结构简单，易于实现，但系统功能受CPU字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等的限制，字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等的限制，现已被多机系统的主从结构所替代。现已被多机系统的主从结构所替代。上一页 下一页 返回.2.3 数控系统的硬件结构数控系统的硬件结构l2.多机系统多机系统是指整个数控系统中有两个或两个以上的是指整个数控系统中有两个或两个以上的CPU，即，即系统中的某些功能模块自身也带有系统中的某些功能模块自身也带有CPU。根据部件。根据部件间的相互关系又可将其分为：间的相互关系又可将其分为：（1）主从结构系统）主从结构系统：系统中只有一个CPU(称为主CPU)对系统的资源有控制和使用权，其它带CPU的功能部件，只能接受主CPU的控制命令或数据，或向主CPU发出请求信息以获得所需的数据。只有一个CPU处于主导地位，其它CPU处于从属地位，故称之为主从结构。上一页 下一页 返回.2.3 数控系统的硬件结构数控系统的硬件结构（2）多主结构系统）多主结构系统：系统中有两个或两个以上带CPU的功能模块部件对系统资源有控制或使用权。模块之间采用紧耦合（即均挂在系统总线上，集中在一个机箱内）有集中的操作系统，通过仲裁器（软件和硬件）来解决总线