数控机床装配调试与故障诊断 教学课件 ppt 第四单元 数控机床控制装置

在线教务辅导网：,教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网,QQ:349134187 或者直接输入下面地址：,,模块一 初识数控装置,模块二 FANUC 0I 数控装置,模块三 SINUMERIK 802C 数控装置,模块一 初识数控装置,项目1 典型数控装置的结构,项目2 数控装置的工作流程,数控装置接受来自信息载体的控制信息并转换成数控设备的操作(指令)信号。数控装置由输入接口、控制器、运算器、存储器和输出接口等五大部分组成,* 数控装置的作用 数控装置的主要作用是，读入数控加工程序，将其转换成控制机床运动和辅助功能要求的格式，分别送给进给电机控制单元、主轴电机控制单元和PLC，具有内置PLC功能的数控装置本身具有逻辑量解算功能，直接将解算结果送给机床强电控制系统。具有闭环控制功能的数控系统还会读入机床位置检测装置发出的实际位置信号，与指令位置比较后，用其差值控制机床的移动，可以获得较高的位置控制精度。,主要功能,基本组成,数控装置在数控机床中的位置,数控装置软件和硬件的功能界面,早期的数控系统，它的输入、运算、插补、控制功能均由电子管、晶体管、中小规模集成电路组成的逻辑电路实现。不同的数控机床需要设计专门的逻辑电路，可靠性差，功能和灵活性差。 小型机的采用，世界上第一台CNC系统于1970年问世，1974年美日等国便研究出了以微处理器为核心的数控系统，之后相继8位、16位、后16位、32位、64位CNC被应用。CNC具有体积小、结构紧凑、功能丰富、可靠性好等优点。,数控装置的硬件结构,在一块半导体芯片上集成了CPU, 存储器以及输入/输出接口电路，这样的芯片习惯上程为单片微型计算机（single chip microcomputer,SCM）单片机的典型结构如图：,系统时钟,ROM,CPU,定时计数器,串行I/O,并行I/O,RAM,RESET,INT,电源,1 由单片机组成的数控装置,典型的单片机应用系统如图：,单 片 机,EPROM,RAM,I/O,显示器,键盘,通用外部设备,I/O,I/O 扩 展,A/D,光电隔离,光电隔离,光电隔离,D/A,数字量检测,模拟量检测,开关量检测,开关量控制,伺服驱动控制,数据存储器,程序存储器,基本系统,I/O子系统,外部设备,单片机程序开发语言及支持软件，常用C, PL/M, Pascal,C语言编辑器有FRANKIN, ARCHIMEDES等，支持软件，8051、52系列inlet公司的ASM-51,PL/M-51及连接定位程序。,MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。我们也以这一代表性的机型进行系统的讲解。 MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品，其典型系统有（广州数控产品）：,用80C31单片机组成的 简易数控装置的硬件系统图,图中 74LS02为：双极TTL数字逻辑电路， 四2输入或非门，Y=A+B 2764为EPROM, 可擦写只读存储器 GND为信号地 RST为复位，左面是复位电路 DG1-DG6为LED 显示器,单微处理机数控装置的结构图,2 单微处理机CPU数控装置,数控装置的物理结构（FANUC-6MB）,单微处理机数控装置典型产品：,右：FANUC 150i-M系列 下：华中世纪星,3 多CPU数控装置,共享总线式多CPU数控装置结构图,4 基于PC的数控装置,递阶式PC数控系统结构图,PCI/O软件化数控系统结构图,数控软件,1 数控软件的数据转换流程,译码缓冲区 刀补缓冲区 运行缓冲区,数控装置软件的数据转换流程,高,4,位,低,4,位,说明,1,3,G03,2,3,M03,100,X,值,50,Y,值,0,Z,值,0,I,值,50,J,值,0,K,值,100,F,值,1）. 译码 译码就是把用ASC码编写的零件加工程序翻译成数控系统要求的数据格式，并存放到译码缓冲区中，准备为后续程序使用。译码后的数据有两种存放格式。 （1） 不按字符格式的存放方法 M03 G03 X100. Y50. I0 J50. F100.；,（2） 保留字符格式的存放方法 Struct PROG_BUFFERchar buf_state；/0：空， 1：有数据 int block_num； /程序段号 double COORD20； /尺寸字的数值，单位为m int F，S； /进给速度和主轴速度 char G_flag； /以标志形式存放的G指令 char G1； /G指令表 . char M_flag； /以标志形式存放的M指令 char M1； /M指令表 . char T； /刀具代号 char D； /刀具半径值 ；,2）.刀补 刀补处理程序主要进行以下几项工作： 1 计算本段零件轮廓的终点坐标值； 2 根据刀具的半径值和刀具补偿方向，计算出本段刀具中心轨迹的终点位置； 3 根据本段和下一段的转接关系进行段间处理。,3）. 速度预处理 速度预处理程序主要完成以下几步计算： 1计算本程序段总位移量 2计算每个插补周期内的合成进给量 L=Ft/60（m） 式中，F 进给速度值（mm/min）； t 数控系统的插补周期（ms）。,V(t),Vc,O,C,B,A,恒速控制： F值恒定 加减速控制：F值按照一定 规律变化,4）. 插补处理 1 根据速度倍率值计算本次插补周期的实际合成位移量； 2 计算新的坐标位置； 3 将合成位移分解到各个坐标方向，得到各个坐标轴的位置控制指令。 插补程序的实时性,5.）位置控制,位置控制算法原理,（1） 计算新的指令坐标位置 X2新 = X2旧 + x2 Y2新 = Y2旧 + y2 （2） 计算实际坐标位置 X1新 = X1旧 + x1 Y1新 = Y1旧 + y1 （3） 计算位置控制输出值 x3 = X2新 - X1新 y3 = Y2新 Y1新 位置控制是强实时性任务，所有计算必须在位置控制周期（伺服周期）内完成。伺服周期可以等于插补周期，也可以是插补周期的整数分之一。,模块二 FANUC 0I 数控装置,Fanuc -0i系统功能介绍,一.刚性攻丝,二、复合加工循环,三、圆柱插补,四、直接尺寸编程,五、记忆型螺距误差补偿,六、CNC内装PMC编程功能,七、随机存储模块,八、显示装置,九、FANUC伺服电机,纳米控制,超高分辨率编码器,HRV,可维护性高,节能大奖,高分辨率编码器,HRV,可维护性高,九、FANUC伺服电机,一、系统构成,数控系统的硬件,CPU及ROM 板,存储器板（RAM）,轴卡,Fanuc-0i系统的构成与硬件连接,PCB,电源,DC-DC,PMC,输入输出控制,MDI,HSSB,显示状态/ 报警的LED,系统模块,电源模块,伺服模块,主轴模块,伺服卡,交流200V,通信串行接口,驱动信号,主接触器信号接口,手摇脉冲发生器,MDI键盘,1.控制方式,串行主轴接口,模拟主轴接口,系统与主轴间采用串行电缆通讯,系统向主轴单元提供指令电压及其他控制指令，主轴单元向系统输出其状态,三、系统与主轴单元的连接,1.串行主轴接口,三、系统与主轴单元的连接,(1)接口定义,1.串行主轴接口,三、系统与主轴单元的连接,(2)连接,2.模拟主轴接口,三、系统与主轴单元的连接,(1)接口定义,2.模拟主轴接口,三、系统与主轴单元的连接,(2)连接,伺服A型,伺服B型,位置反馈线接到时CNC系统,位置反馈线接到伺服放大器上,伺服类型,四、数字伺服,1.CB104、CB105、CB106、CB107四个接口 2.连接操作面板及机床的输入和输出 3.地址有确定的含义，PMC编程时要使用到,五、输入输出连接,1 有关“SETTING”的参数 2 有关阅读机/穿孔机接口的参数 2.1所有通道共用的参数 2.2 有关通道1的参数(I/O=0) 2.3 有关通道1的参数(I/O=1) 2.4 有关通道2的参数(I/O=2) 3 有关POWER MATE管理器的参数 4 有关轴控制、设定单位的参数 5 有关坐标系的参数 6 有关存储式行程检测的参数 7 有关进给速度的参数 8 有关加减速控制的参数 9 有关伺服的参数 10 有关DI/DO的参数 11 有关MDI、显示和编辑的参数 12 有关程序的参数 13 有关螺距误差补偿的参数,14 有关主轴控制的参数 15 有关刀具补偿的参数 16 有关固定循环的参数 16.1 有关钻削固定循环的参数 16.2 有关螺纹切削循环的参数 16.3 有关多重固定循环的参数 16.4 有关小孔钻削循环的参数 17 有关刚性攻丝的参数 18 有关缩放/坐标旋转的参数 19 有关单一方向定位的参数 20 有关极坐标插补的参数 21 有关法线方向控制的参数 22 有关分度盘分度的参数 23 有关用户宏程序的参数 24 有关图案数据输入的参数 25 有关跳步功能的参数 26 有关自动刀具补偿(T系列)和自 动刀具长度补偿(M系列)的参数,27 有关外部数据输入/输出的参数 28 有关图形显示的参数 29 有关运行时间和加工零件数显示的参数 30 有关刀具寿命管理的参数 31 有关位置开关功能的参数 32 有关手动运行和自动运行的参数 33 有关手动手轮进给和手动插入的参数 34 有关用档块设定参考点的参数 35 有关软操作面板的参数 36 有关程序再起动的参数 37 有关多边形加工的参数 38 有关PMC轴控制的参数 39 有关基本功能的参数 40 有关简易同步控制的参数 41 有关顺序号校对停止的参数 42 其它参数 43 有关维修的参数,参数的分类,模块三 SINUMERIK 802C 数控装置,一、产品种类,1. SINUMERIK 802S,2. SINUMERIK 802D,3. SINUMERIK 810D,4.SINUMERIK 840D,Base line,Base line,全数字数控系统,Perfect Software,高性能数控系统,西门子系统简介,32位微处理器实现CNC控制 。,二、 SINUMERIC 840D产品功能,1.控制类型,(1)标准的数控系统适于几乎所有的应用,(2)全数字化的驱动模块,(3)可控轴规模,(4)插补功能,钻/铣/车/磨,切割/激光/搬运设备,31个进给轴和主轴,样条/三阶多项式/控制值互联/曲线插补,进给轴和主轴同步操作,2.机床配置,1)主轴定向 2)恒切削速度 3)变螺距螺纹 4)主轴转速从0.1rpm99000rpm 5)最高8挡切换 6)模拟10v或数字连接SIMODRIVE611-D,二、 SINUMERIC 840D产品功能,(5)主轴配置,2.机床配置,(1)自动方式 (2)JOG方式 (3)示教（TEACH IN） (4)手动输入运行（MDA）,二、 SINUMERIC 840D产品功能,3.操作方式,(1)轮廓的冲突检测 (2)刀具半径补偿的进入和退出策略 (3)过象限误差补偿 (4)刀具长度补偿 (5)螺距误差补偿 (6)测量误差补偿 (7)反向间隙补偿,二、 SINUMERIC 840D产品功能,4.轮廓和补偿,(1)安全程序监视,1)测量电路 2)系统温度 3)电池 4)电压 5)存储 6)限位开关 7)风扇,二、 SINUMERIC 840D产品功能,5.安全和诊断功能,1)报警记录存储 2)轮廓监视 3)主轴监视 4)PLC内部状态显示 5)可编程工作区域限制,(2)接口诊断,二、 SINUMERIC 840D产品功能,5.安全和诊断功能,(1)程序的编辑 (2)程序的输入 (3)程序的删除 (4)程序的拷贝 (5)PLC报警文本的编辑 (6)程序中插入注释语句 (7)绝对值及增量值编程,DIN 66025标准,高级语言编程特色,二、 SINUMERIC 840D产品功能,6.CNC编程,(1)STEP5编程语言 (2)带扩展指令集可用LAD，STL，CSF进行编程 (3)编程能力,1)1024个输入地址 2)1024个输出地址 3)128个计数器 4)128个计时器,二、 SINUMERIC 840D产品功能,7.PLC编程,(2)与外设通信,(1)标准的PC软件,二、 SINUMERIC 840D产品功能,8.操作系统与部分硬件,1)2个通用接口RS232 2)磁盘驱动器接口和打印机接口,屏幕文本可以在五种语言中切换（德，英，法，意，西）；可显示坐标实际值和剩余距离值，多通道显示，并具有屏幕保护功能。,二、 SINUMERIC 840D产品功能,9.显示功能,1.人机界面,2.数控单元,3.驱动单元,4.PLC模块,NCK,一、 系统结构,西门子802D结构实物图,西门子840D结构实物图,(1)MMC,(2)OP,(3)MCP,Man Machine communication,Operation panel,Machine control panel,MMC100.2/MMC103,PCU,HMI,NC键盘,显示屏,西门子系统的基本