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1、FANUC的新一代NGC系列数控系统本文通过对FANUC公司新一代NGC数控系统Oi、16i和3Oi系列的技术特点和先 进功能的阐述，使读者从中了解当今数控系统软硬件技术的最新成果，以及向高速、 高精、网络化、开放性等方面的发展动向。刖言FANUC 的新一代 NGC(NEXT GENERATION CONTROLLERS)数控系统(以下简称 为NGC系列)包括3个系列：1) 0i系列:高可靠性和高性能价格比的CNC，该系列包括FS0i/0i Mate-MODEL C；2) 16i系列：适合于各种数控机床的高速、高精、纳米CNC，该系列包括FS16i/18i/21i-MODEL B；3) 30i
2、系列：适合于先进、复合、多轴、多通道、纳米CNC，该系列包括FS30i/31i/32i- MODEL A。这三个系列的CNC数控系统是FANUC公司新近开发的数控系统。涵盖低端到高 端，并配合开发各种规格的高性能、高精度的旋转和直线移动的伺服电机(包括传 感器)、伺服放大器和作为维修、调试的应用工具软件的“操作指南”、“伺服指 南”、“TURN MATE i”等，构成了完整的系列。busnccom图1 FANUC新一代NGC数控系统这些系列的数控系统主要特 点为：一、可以满足从低端到高端的nmin軸 II ieib III I-r |fl inliTiiB J_. , I Mrl已VW*5 O
3、CSD卩碉FA?祀|FA2W:Srlp矶留珀 i宀品詁抚朗器I； 旳爭数去:J-彳乍室wwwbusnccohl_I口1IlWmrriin E ypj 莖啊N ,flklip HiL0 HL !IS H从一般的车床、铣床、加工中心、磨床到功能齐全的复杂、先进的复合、高精、高速和高表1效、多轴联动、多工位、多通道数控机床等，都能满足，也可以适应从金切机床到冲压成形机床的不同品种的需 要。FANUC的NGC系列低端CNC为FS0i/0i Mate-MODEL C，是非常小型化的高 可靠性、高性能价格比的数控系统。其中FS0i - MODEL C最多可以进行4轴控制， 它的功能以功能包形式划分为A、B
4、两种，以便更适合不同机床的档次，比如对A 功能包，可以用于模具加工。而FSOi Mate-MODEL C,最多可以控制3轴，并具有 操作工具“操作指南0i 及“TURN MATE i”。比较FANUC在80年代开发的0C系列，0i具有更快的速度。以上表1为这两种系 统分辨率和快速进给率的比较：从表1可以看出，0C、0D； 0i、16i是在两种同样的硬件平台下对数控功能进行增 减而开发出来的，在同样的分辨率下，NGC系列具有更快的快速进给率，也就是 它具有更快的处理能力，因而可以获得更高的速度，更高的精度。即使在NGC系 列的最低端产品0i-C也比0C具有更快的处理能力。NGC系列最咼端产品30
5、i在系 统分辨率为1nm时，最高速度可达到1m/min。二、采用最新的硬件技术NGC的30i系列采用了最新的超高速微处理器。另外，CNC内部的总线也实现了 高速化的处理，因而大幅度提高了构成系统的CNC处理器、PMC处理器、数字伺 服处理器之间的数据传输速度。对16i和30i系列，把CNC系统的数控功能板安装在显示器背面，这种显示器一体 型的CNC使系统变成其厚度只有60mm超小型、超薄型的控制装置，大幅节省了 机床的CNC系统安装空间，从而也为机床的小型化做出了贡献。另外，还为用户 开发了显示器和CNC控制装置相互分离的显示器分离型CNC。与以往的CNC相 比，在最大配置时，节省了二分之一的
6、安装的空间。对30i系列，为了提高系统的操作性,显示器采用了 15英寸的宽屏彩色液晶显示器， 该装置具有1024点X768点，将丰富多彩的信息显示在屏幕上。另外，除了在液晶 显示器的下面配备的横排软键外，还在液晶显示器的旁边新设了竖排软键。利用横 竖两排软键，可方便地进行屏幕操作。显示器前面还配置了一个PCMCIA接口。在这种情况下，使用微型闪存卡，可以将 存储卡完全插入CNC控制装置进行DNC的运行。作为用来将各类数据输入到CNC 中的键盘，新设立了与PC机的键盘相同排列的QWERTY （标准的传统键盘）。由 于可以像操作PC机一样地输入数据，熟悉PC机操作的用户可以驾轻就熟地操作 CNC。
7、CNC的显示器除了 15英寸彩色显示器外，还备有10.4、8.4、7.2英寸彩色 显示器。另外，备有标准机床操作面板，允许用户对不同的机床按键进行自定义。NGC系列采用高速光缆FSSB将CNC与多个伺服放大器串行联接，FANUC串行 伺服总线FSSB，传送速度比以往提高2倍以上。1根光缆最多可以控制16轴伺服 电机。采用高速DSP和高速FSSB传送伺服控制信号，实现31.25妙的伺服电路控 制周期。由于采用光缆传送信号，速度高；同时大大减少了连接的电缆，因此也大 大提高了可靠性。i址A:揽剳血賀St丄一上抽数血 M i-xiont i. n疫控工作室沁昵busnc. coimi B i-MUU
8、JiL kl| 事罰 t MKfpbEl B幻J表2 16i系列的控制轴数三、多轴、多通道的数控系统NGC系列新开发的16i系列，轴数有了明显的增加，表2是16i系列的轴数，其中 括弧内为旧16i系列的轴数据。b.MODKB. A間 i-MODFLL AI丽2Ai专罰苗喃+型1113MU*2 I.M诵J艸洁蔺皿此悅衬沪科諒蔺fl蜀上皿功茁罚34j* i- am丽数控丄作室www,. busnc:.com-1IRM-CAIz A F. ;： Ji H37亡riJLjJlI：-MI liVtiJ4nSD72somonlimoNGC系列中30 i系列的规格如表3,该系列具有先进的扩展功能，可实现对1
9、0个 路径、32个伺服轴和8个主轴的控制，可用于各种大型机床，复合机床和自动车床。 使用一台CNC就可以实现机床制造厂所要求的具有特殊的复合控制技术的多路径， 多轴的机床控制。该系统也适用于多轴和多路径车床和高效自动车床，龙门或需要 多坐标轴的多头机床，需要巨 大推力的有许多直线电机驱 动的机床。为了要独立地控制32个伺服 轴和8个主轴，每个轴都要对 单独的名称进行命名，该系列 轴的名称字符可扩展到3个字 符，使用此功能就可以实现与 机床规格和路径号相匹配的轴的名称进行编程。表3 30i系列的规格 5轴加工是一种先进的加工。NGC系列中，FS16 i-MODEL B，FS18 i-MODEL
10、B5，FS30 i-MODEL A，FS31 i-MODEL A5；均可以进行5轴加工。5轴加工机床 的配置大致可分为“刀具旋转型”、“转台旋转型”、“混合型”（刀具/转台均旋转）。 每种型式具有不同的配置。因此以上系统的5轴加工功能，不管是哪种机械配置, 都可以与之对应。NGC系列具有丰富的5轴加工功能，这些功能主要为：1）用于5轴加工的刀具中心点位置控制：5轴加工机床的加工程序在大多数情况下 以小程序块指定，许多用户希望以简便而较少的程序段来编制复杂的加工轮廓。根 据这个需求,可采用5轴加工的刀具中心位置控制功能。不管刀具的方向怎么变换， 刀尖的路径以及速度都按照程序指定的路径及速度进行自
11、动控制。它除了与“直线 插补命令”对应外，还与“圆弧插补命令”对应。程序指令格式除了“指定旋转轴的角 度的方法”外，还有“指定刀具的倾斜度的方法”。在旋转轴的机械配置和刀具轴名称 不同的机床上，也可以相同的程序进行加工。2）倾斜面加工命令：在对工件上的某个倾斜面进行钻孔或铣槽等形状加工时，通过 指定加工面为XY平面，编程工作就会变得很简单。倾斜面加工命令可以实现这种 指定方式，同时，不需要指定刀具的方向，就可以使刀具以垂直于倾斜的加工面的 方式自动地定位刀具。这个功能使在倾斜的加工面上的编程变得很简单。3) 用于5轴加工的手动进刀：通过手轮、JOG和增量进给，可以轻而易举地使刀具 沿着斜面移动
12、，或使刀具沿着斜面的刀具方向移动，或者在保持刀尖位置的情况下 改变刀具的移动方向。这样，也就减轻了操作人员对准备作业的负担。4) 5轴加工用的刀具半径补偿，可以在垂直于刀具方向的补偿平面上针对指令路径 在右/左侧进行刀具半径补偿。由专用的处理器和最新的专用的LSI组成的PMC,对大量的顺序控制进行高速处 理。可以在1台PMC上执行最多3个路径各自独立的梯形程序。每个梯形程序具有其 自身独立的数据区，因而可以进行具有较高独立性的模块化程序的开发。可以分别 创建用于装载轴控制和外围设备控制的梯形程序，并对其自由地进行添加和修改。 可以根据每个用户的机床配置，简单地进行梯形程序的开发，实现机床的系统
13、化。 此外，由于不需要用于外围设备控制的外部PLC,因而可以减低系统成本。；WIft?&控工作室wwwl busncL- coi i L i - -1 |四、具有丰富的高精、高速功能图2纳米插补方框图1)纳米插补：纳米插补产生以纳米为单位 的指令给数字伺服控制器，使数字伺服控 制器的位置指令平滑，因而也就提高了加 工表面的平滑性。通过将“纳米插补”应用 于所有插补，无论是铳削加工还是车削加 工，均可实现纳米级别的高质量加工。此外，除了伺服控制外，“纳米插补”还可以 用于Cs轴轮廓控制；刚性攻丝等主轴功能。纳米插补的方框图如图2；其中HRV 是“高反应矢量”控制的意义。2) AI纳米轮廓控制功能
14、：该功能不需要选择专用的硬件，就可以在直线插补和圆 弧插补时进行纳米插补。3) AI纳米高精度控制:使用高速的RISC处理器，以相应于机床性能的最佳进给率， 在纳米插补下进行加工。为了使平滑的运动有效，可对机床的各个轴因不同惯量产 生不同的偏差进行分别的加速度设定；这样可以起到以下作用：达到多程序段的平 滑加减速。由判别所指令的形状进行自动进给率控制；在允许的加速度范围内对每 个轴的进给率进行控制；为避免产生轨迹的误差进行插补前的加减速。4) 加速度控制：防止由于加工形状的突然变化而产生的加速度的急剧变化，从而引 起的冲击和振动，这个功能可以提高加工表面的质量，减少加工时间。5) NURBS
15、插补：NURBS (Non Uniform Rational B-Spline)是一种自由曲线；当采用 CAD设计模具时，NURBS被广泛地用来表示自由曲线。NGC系列的16i和30i支 持对NURBS曲线的编程。对于模具所需要复杂曲线的加工，最可行的是将定义CAD 设计的自由曲线的函数指令给CNC控制系统。于是开发出NURBS插补的方法。 允许用较少的程序段定义出由大量短直线段组成的程序。减轻了数据流的瓶颈。 NURBS在用CAD进行模具设计时，自由曲线(或自由曲面)得到了广泛的应用。NURBS是自由曲线（或自由曲面）的一种形式。它除了具有整个曲线平滑的特征（1 次、2次可导）外，还能表现出曲线和样条曲线所不能表现出的如椭圆、抛物线、双 曲线那样的二次曲线和直线。而且，由于其表示方程式为多项式的组合，所以具有 可局部地变更曲线的性能oNURBS已经在CAD中得到普及。NURBS使用控制点、 节点矢量、权三个变量来表达自由曲线。如果采用该三个变量指令NC零件程序， 则NC在内部生成NURBS曲线；CNC进行NURBS插补，并沿着该NURBS曲线 平滑驱动机床。使加工的工件形状非常接
