《数控系统 教学课件 ppt 作者 张伦玠 第四章 专机型数控系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控系统 教学课件 ppt 作者 张伦玠 第四章 专机型数控系统（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 专机型数控系统,主编,第四章 专机型数控系统,第一节 概 述 第二节 FANUC数控系统 第三节 SIEMENS 802D型数控系统 第四节 FAGOR数控系统在切割机上的特殊应用,第一节 概 述,一、专机型数控系统的基本组成 二、专机型数控系统的硬件结构 三、专机型数控系统的软件结构,一、专机型数控系统的基本组成,(一) 组成 广义的专机型数控系统一般由程序的输入/输出设备、通信设备、微机系统、可编程序控制器、主轴驱动、进给驱动及位置检测等组成，如图41所示。,图4-1 专机型数控系统的基本组成,一、专机型数控系统的基本组成,(二) 功能模块,(1) 微机控制系统 微机控制系统是CN
2、C的核心，数控系统的主要信息均由它进行实时控制。随着计算机技术的不断发展，微机控制系统的CPU芯片也逐步由8086发展到80586、P等，而且由单微处理器系统向多微处理器系统方向发展。 (2) 可编程序控制器(PLC) 可编程序控制器主要作用是用来实现辅助功能，如M、S、T等，其控制方式主要是开关量控制。按数控系统中PLC的配置方式可分为内装型PLC,(3) 主轴控制模块 主要任务就是控制主轴转速和主轴定位。现代数控机床主轴电动机大多采用交流电动机，相应的驱动装置为变频器。CNC只需要输出相应的控制信号到变频器，就能实现主轴转速、定位的控制。,一、专机型数控系统的基本组成,(二) 功能模块,(
3、4) 进给伺服控制模块 数控机床对进给轴的控制要求很高，它直接关系到机床位置控制精度。进给伺服系统一般由速度控制与位置控制两个控制环节组成，CNC根据位置控制单元的信息，处理并输出控制信号通过速度控制单元完成速度控制。 (5) 检测模块 检测模块完成主轴和进给轴的位置检测。检测装置主要有光电编码器及光栅尺等，其作用就是配合主轴控制模块、进给轴控制模块完成位置的控制。 (6) 输入、输出及通信模块 完成程序的输入与输出，传递人机界面所需的各种信息。,二、专机型数控系统的硬件结构,(一) 单微处理器数控系统的结构 在单微处理器结构中，整个系统只有一个CPU，它采用集中控制、分时处理方式进行控制，其
4、结构框图如图42所示。该结构的主要特点为：,图4-2 单微处理器CNC结构框图,二、专机型数控系统的硬件结构,(二) 多微处理器结构 多微处理器结构的CNC是将数控机床的总任务划分为各个子任务，每一子任务均由一个独立的微处理器来控制。系统通过各子任务之间相互协调来完成对机床的控制。,图4-3 多微处理器共享总线结构框图,图4-4 FANUC 15系统硬件结构,二、专机型数控系统的硬件结构,数据和信息，组成一个完整的实时多任务系统，实现CNC的预定功能，其硬件结构框图如图4-4所示。,二、专机型数控系统的硬件结构,图4-5 多微处理器共享存储器结构框图,2) 共享存储器结构。在这种结构中，通常采
5、用多端口存储器来实现各微处理器之间的连接与信息交换，由多端口控制逻辑电路解决访问冲突。其结构框图如图4-5所示。,二、专机型数控系统的硬件结构,图4-6 双端口存储器结构框图,图4-6是一个双端口存储器结构示意图，它配有两套数据、地址与控制线，可供两个端口访问，访问优先权预先安排好。当两个端口同时访问时，由内部硬件电路裁决其中一个端口优先访问。,二、专机型数控系统的硬件结构,图4-7 共享存储器结构CNC装置硬件结构,美国GE公司的MTC1-CNC就是一种共享存储器结构的CNC系统，其硬件结构如图4-7所示。,三、专机型数控系统的软件结构,图4-8 SINUMERIK 840D数控系统软件结构
6、图,CNC系统是一个实时性很强的多任务系统，在它的软件设计中，融合了许多当今计算机软件设计的先进技术。在单CPU数控系统中，其软件结构常采用前后台型的软件结构和以SINUMERIK 840D系统软件结构为例，如图4-8所示。,三、专机型数控系统的软件结构,(一) MMC软件系统 在MMC102/103以上系统均带有5GB或10GB的硬盘，内装有基本输入、输出系统(BIOS)，DRDOS内核操作系统、Windows操作系统，以及串口、并口、鼠标和键盘接口等驱动程序，支撑SINUMERIK与外界MMCCPU、PLCCPU、NCCPU之间的相互通信及任务协调。 (二) NC软件系统 NC软件系统包括
7、下列内容： (三) PLC软件系统 PLC软件系统包括PLC系统支持软件和PLC程序。 (四) 通信及驱动接口软件 它主要用于协调PLCCPU、NCCPU和MMCCPU三者之间的通信。,第二节 FANUC数控系统,一、结构、性能特点 二、FANUC数控系统PMC简介 三、FANUC数控系统PMC控制程序设计 四、用于FANUC数控系统的DNC软件 五、FANUC数控系统与机床的连接和调整,一、结构、性能特点,(1) F6系列 采用大板结构，上面插有电源模块、存储器板等小板。 (2) F11系列 主板也是采用大板结构，它也是一种多微处理器控制系统，其CPU为68000。 (3) F15系列 它是
8、一种模块化、多总线结构的微处理器控制系统，也被称为AI(人工智能)CNC，其CPU采用32位的68020。 (4) F0系列 这是目前在中国市场上销售量较大的一种系统，它是一种采用高速32位微处理器的CNC。 系统是一种小型软件固定型CNC。控制电路中采用了高速微处理器、专用LSI(大规模集成电路)、半导体存储器等，不仅系统可靠性较好，性能价格比也较高。,一、结构、性能特点,(5) F-20系列 它是继0系列之后开发的系统，适合于一般的数控铣床和车床，它的特点是：具有高效的手动操作能力，在手动方式下具有引导功能，能用手轮操作加工圆弧、斜线，而且能将手轮操作的过程存储和再生。 (6) F-16/
9、18系列及160/180系列 它是专门为工厂自动化设计的数控系统，在美国、日本、欧洲的制造业中已普遍使用。,二、FANUC数控系统PMC简介,表4-1 两种型号PMC的性能比较,二、FANUC数控系统PMC简介,1) 根据机床的功能确定I/O点的分配情况。 2) 根据机床的动作和系统的要求编制梯形图。 3) 利用系统调试梯形图。 4) 将梯形图程序固化在ROM芯片内。 PMC程序的工作原理可以简述为由上至下，由左至右，循环往复，顺序执行。因为它是对程序指令的顺序执行，应注意到在微观上与传统继电器控制电路的区别，后者可认为是并行控制的。,图4-9 电路一,图4-10 电路二,三、FANUC数控系
10、统PMC控制程序设计,图4-11 PMC轴控制要求动作图,FANUC系统的PMC轴控制指令都是由PMC指令控制的，而PMC指令的执行是按先进先执行的固定格式运行的。PMC控制程序设计就要按照这一规律，根据控制要求编制符合动作顺序要求的满足“先进先执行”规律的控制程序。,(1) PMC轴的控制要求 在应用实例中，要求有4个CNC控制轴和1个固定动作的PMC轴。PMC轴的控制程序设计的控制要求如下，见图4-11。,三、FANUC数控系统PMC控制程序设计,(1) PMC轴的控制要求 在应用实例中，要求有4个CNC控制轴和1个固定动作的PMC轴。,图4-12 PMC轴的指令数据传送要求,(2) PM
11、C轴的指令数据传送要求 从FANUC 0MC系统的连接功能手册中可查得PMC轴的指令数据传送要求，如图4-12所示。PMC轴的指令数据传送波形图见图4-13。,三、FANUC数控系统PMC控制程序设计,(2) PMC轴的指令数据传送要求 从FANUC 0MC系统的连接功能手册中可查得PMC轴的指令数据传送要求，如图4-12所示。 在图412中，当命令1执行完成后，数据传送如下：命令2执行缓冲器，命令3等待缓冲器，命令4输入缓冲器。,图4-13 PMC轴的指令数据传送波形图,三、FANUC数控系统PMC控制程序设计,(3) PMC轴的指令数据接收条件 从FANUC 0MC系统的连接功能手册中可查
12、得PMC轴的指令数据接收条件，见表4-2。 表42 CNC缓冲器状态表,表4-2 CNC缓冲器状态表,三、FANUC数控系统PMC控制程序设计,(4) PMC轴的控制程序设计 根据PMC轴的控制要求，可设计指令数据传送图，见图4-14。 (5) CNC控制程序,图4-14 指令数据传送图,三、FANUC数控系统PMC控制程序设计,图4-15 “指令数据传送条件”梯形图,(4) PMC轴的控制程序设计 根据PMC轴的控制要求，可设计指令数据传送图，见图4-14。“指令数据传送条件”梯形图，见图4-15。“指令数据传送时序电路”梯形图，见图4-16和“指令数据传送”梯形图(略)。,图4-16 “指
13、令数据传送时序电路”梯形图,四、用于FANUC数控系统的DNC软件,(一) DNC加工技术简介,早期数控机床加工程序输入方式是用穿孔纸带记载加工程序，通过纸带阅读机把加工程序读入数控系统的缓冲寄存器。当时存储器技术还不完善，人们只好借助穿孔纸带记录和保存加工程序。纸带体积庞大，还要为其准备专门的阅读机装置，稍有不慎或使用多次会造成破损，导致输入错误。现在，存储器技术的发展已经淘汰纸带和阅读机。过去640m纸带所记载的程序容量相当于现在256k字节的存储器，其体积仅为一个30mm15mm3mm的集成电路模块。用软件读入和读出，不占空间。用手工编制的加工程序一般都不太长，加工一个有钻、镗、铣、攻螺
14、纹等工序的汽车变速箱长程序大约有2KB字节就够了。在256KB程序存储器的FANUC数控系统里，可存储100个加工零件的程序。目前，中高档数控机床都采用了这种程序存储器方式。,四、用于FANUC数控系统的DNC软件,(二) 适用于FANUC数控系统的CimcoDNC软件 早期的DNC软件有Asia、Dik15、Qmodem、Xtalk等。由于这些软件都开发得较早，运行在DOS界面。它们的最高传送波特率大多在9600左右。传输波特率低，直接影响到DNC的加工精度。尤其在高速、高精度的加工时，要实现微小线段的高速精细加工，波特率应设置在19200以上。,图4-17 电缆焊接表,四、用于FANUC数
15、控系统的DNC软件,(三) FANUC数控系统DNC接口的发展,当前，用DNC方式加工模具已经相当普及，许多用户用Cimco DNC软件取代低速率的软件来提高加工质量。为了提高加工效率而采用高速、高效的数控机床，原来需要几十个小时才能完成的工件加工，现在只需要几个小时即可完工。这些高速机床部分采用了FANUC 16i/160i、18i/180i、21i/210i数控系统及FANUC i系列伺服电动机。为了进一步提高精细高速加工的精度，在这些系统上设置了串行通信接口板，即远程遥控DNC1、DNC2。DNC1为RS422接口，DNC2为RS232C接口。,四、用于FANUC数控系统的DNC软件,另
16、外，还有高速串行总线HSSB，而HSSB高速串行总线传输的波特率可达256000。HSSB高速串行总线带有两块模板，其中一块安装在数控系统的空槽上，另一块装在编程计算机上，有专门配好的光缆连接。使用HSSB高速串行总线运行DNC，可把高速精细加工提升到更高的一个档次。,五、FANUC数控系统与机床的连接和调整,(一) 系统与机床的连接 以FANUC 0i系统为例，其连接图如图418所示。图中系统输入电压为DC42V10%，电流约7A。伺服和主轴电动机为AC200V(不是220V)输入。这两个电源的通电及断电顺序是有要求的，不满足要求会出现报警或损坏驱动放大器。原则是要保证通电和断电都在数控系统的控制之下。具体时序请见FANUC 0i连接说明书(硬件)。,图4-18 FANUC 0i系统连接图,第三节 SIEMENS 802D型数控系统,一、802D型数控系统简介 二、SINUMERIK 802D应用实例,一、802D型数控系统简介,(1) 面板控制单元和全数控的键盘(OP) 这是SIN
