数控系统论文.doc

数控系统并不仅仅是个软件，它是软硬件结合的。广义的数控系统由输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。目前国际主流数控系统的特点比较：三十年来，西门子凭借在数控系统及驱动产品方面的专业思考与深厚积累，不断制造出机床产品的典范之作，为自动化应用提供了日趋完美的技术支持。SINUMERIK 不仅意味着一系列数控产品，其力度在于生产一种适于各种控制领域不同控制需求的数控系统，其构成只需很少的部件。它具有高度的模块化、开放性以及规范化的结构，适于操作、编监控。西门子数控系统技术特征：1. SINUMERIK 802D 与德国同步的最新技术SINUMERIK 802D将NCK、PLC、HMI集成一体，通过PROFIBUS连接各部件SIMODRIVE 611U 数字驱动系统。可控制4个进给轴、上个数字或模拟主轴；集成大量CNC功能；提供编程模拟及图形循环支持功能，PC卡备份数据，可实现一次编程批量安装。2. SINUMERIK 840D SINUMERIK 840D 是西门子数控产品的突出代表。于20世纪90年代推出。它保持西门子前两代系统SINUMERIK 880和840C的三CPU结构：人机通信CPU（MMC-CPU）、数字控制CPU（NC-CPU）和可编程逻辑控制器CPU（PLC-CPU）。三部分在功能上既相互分工，又互为支持。它在复杂的系统平台上，通过系统设定而适于各种控制技术。840D 与SINUMERIK 611 数字驱支系统和 SIMATIC S7 可编程控制器一起，构成全数字控制系统，它适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度。标准控制系统的特征是具有大量的控制功能，如钻削、车削、铣削、磨削以及特殊控制，这些功能在使用中不会有任何相互影响。由于开放的结构，这个完整的系统也适于其它技术如剪切、冲压和激光加工SINUMERIK 840D 的突出之处在于其不断扩展的特性：1).NC现在包括神经网络，其自学习，自优化系统使系统的调整时间大为缩短。精调也可按机床用户的要求简单自动地进行。2).交互式编程是操作简单但功能强大的编辑工具，它给操作人员极大的自由度使零件设计到工件成形的时间大幅度缩短。 3).为便于 PLC编程，开发了S7-HiGraph点阵图形辅助编程工具，用于快速、简单的机械运动及时序的逻辑设计。4).全新的AUTOTURN软件使车削工件的编程大幅度简化，加工计划也可简单的通过按键生成。5).在SINUMERIK 840D 和 SIMODRIVE 611 的基础上，只需最少的硬件和软件投资，即可生成易于使用的仿形数字化系统。3. SINUMERIK 810D SINUMERIK 810D 是一个全数字化构造的控制器，高集成数字化数控系统，可将CNC和驱动系统集成在一块板子上；可控制5轴或4个进给轴和1个主轴；可实现4轴线性插补；采有SIMATIC S7-300家族紧凑I/O模块；高速加工中的综合运动控制；提供机械扰动补偿等 FANUC数控系统技术特征：日本FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点，在市场的占有率远远超过其他的数控系统，主要体现在以下几个方面。 中国数控之家 （1）系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。 （2）具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为045，相对湿度为75。（3）有较完善的保护措施。FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。（4）FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。对于一般的机床来说，基本功能完全能满足使用要求。 （5）提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令。这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。（6）具有很强的DNC功能。系统提供串行RS232C传输接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行，从而实现高速的DNC操作。7）提供丰富的维修报警和诊断功能。FANUC维修手册为用户提供了大量的报警信息，并且以不同的类别进行分类。 2主要系列 （1）高可靠性的PowerMate 0系列：用于控制2轴的小型车床，取代步进电机的伺服系统；可配画面清晰、操作方便，中文显示的CRTMDI，也可配性能价格比高的DPLMDI。（2）普及型CNC 0D系列：0TD用于车床，0MD用于铣床及小型加工中心，0GCD用于圆柱磨床，0GSD用于平面磨床，0PD用于冲床 3）全功能型的0C系列：0TC用于通用车床、自动车床，0MC用于铣床、钻床、加工中心，0GCC用于内、外圆磨床，0GSC用于平面磨床，0TTC用于双刀架4轴车床。 （4）高性能价格比的0i系列：整体软件功能包，高速、高精度加工，并具有网络功能。0iMBMA用于加工中心和铣床，4轴4联动；0iTBTA用于车床，4轴2联动，0imate MA用于铣床，3轴3联动；0imateTA用于车床，2轴2联动（5）具有网络功能的超小型、超薄型CNC 16i/18i21i系列：控制单元与LCD集成于一体，具有网络功能，超高速串行数据通讯。其中FSl6iMB的插补、位置检测和伺服控制以纳米为单位。16i最大可控8轴，6轴联动；18i最大可控6轴，4轴联动；21i最大可控4轴，4轴联动。 除此之外，还有实现机床个性化的CNC 1618 / 160180系列。 两种数控系统的特点比较：FANUC0i系统和SINUMERIK802D系统都是目前国内最流行的机床控制系统，它们都适用于数控车床、数控铣床、加工中心和专用数控机床等。该文作者主要针对加工中心上应用FANUC0i系统和SINUMERIK802D系统在编程指令、编程方法上的不同，目的是供机床操作编程人员参考与借鉴。一、数控加工程序结构的异同不管是哪种数控系统，数控加工程序都由程序开始部分、若干个程序段、程序结束部分组成。每一个数控加工程序对应一个程序号，不同的数控系统，程序号的规定不同。对于FANUC0i系统，主程序和子程序的程序号规定相同，由地址“O”和后面的4位数字组成，如O1234。而对于SINUMERIK802D数控系统，主程序以.mpf为后缀，子程序以.spf为后缀，如SPF1.mpf。二、刀具功能的异同刀具功能，又称T功能，编程时用来选择刀具，由T代码和它后面的2位数字表示，其编程格式因数控系统的不同而异。如在FANUC0i数控中，换刀时必须结合M98指令，其编程格式如下：TM98P9000其中：T后为刀具号，一般取2位；M98为调用换刀子程序；P9000为换刀子程序号。指定刀具偏置值的代码分为H代码（刀具长度偏置）和D代码（刀具半径补偿）。在SINUMERIK802D系统中，采用T、D指令编程。T功能用来选择刀具，而D功能用来选择相关的刀偏。一把刀具可以匹配19个不同补偿的刀偏组。如果没有编写D指令，则D1自动生效。如果编写D0，则刀具补偿值无效。每个刀补在调用时，长度和半径都必须输入完整。三、编程指令的异同1.目标点的坐标值表达方法在数控加工程序中，表示目标点的坐标值有绝对尺寸指令和增量尺寸指令两种，在FANUC0i系统和SINUMERIK802D系统中，分别用G90、G91指定。不过，SINUMERIK802D系统还可以在程序中通过AC或IC以绝对尺寸或相对尺寸方式进行设定，编程更为灵活。2.基本移动指令基本移动指令有G00、G01、G02、G03。G00和G01的编程格式均相同。但圆弧插补有区别。对于FANUC0i系统，圆弧插补有终点/圆弧半径和终点/圆心坐标两种编程方式，而SINUMERIK802D数控系统有5种编程方式，除上面两种方式外，还有张角/圆心、张角/终点等极坐标编程方式，以及通过中间点进行圆弧插补和切线过渡圆弧编程方式。3.刀具半径补偿指令在铣削零件轮廓时，由于刀具半径尺寸的影响，刀具的中心轨迹与零件轮廓往往不一致。为了避免计算刀具中心轨迹，数控系统提供了刀具半径补偿功能，编程人员可以直接按零件图样上的轮廓尺寸编程。(1)相同之处 1)指令及功能G41是刀具半径左补偿指令，即顺着刀具前进方向看(假定工件不动)，刀具位于工件轮廓的左边；G42是刀具半径右补偿指令，即顺着刀具前进方向看(假定工件不动)，刀具位于工件轮廓的右边；G40是取消刀具半径补偿指令。使用该指令后，G41、G42指令无效。2)编程格式这里有三点要说明:首先，建立和取消刀补必须与G01或G00指令组合完成；其次，程序中的X、Y是G01、G00运动的目标点坐标；第三，D代码中存放刀具半径值作为偏置量，用于数控系统计算刀具中心的运动轨迹。偏置量可用CRT/MDI方式输入。所以在应用时要注意：建立刀具半径补偿的程序段，必须是在补偿平面内不为零的直线移动，一般应在切入工件之前完成；取消刀具半径补偿的程序段，一般应在切出工件之后完成；当刀具半径大于所加工工件内轮廓转角或刀具直径大于所加工沟槽时会产生过切，要避免这种情况的发生。(2)不同之处对于FANUC0i系统，G41或G42必须与G40成对使用，即编程中刀补方向改变时，必须先取消刀补，才能建立新的刀补。而对于SINUMERIK802D系统，无需经过G40，G41、G42就可以相互转换。4.刀具长度补偿指令使用刀具长度补偿指令，在编程时不必考虑刀具的实际长度及各把刀具不同的长度尺寸。加工时，用CRT/MDI方式输入刀具的长度尺寸，即可进行正确加工。当由于刀具磨损、更换刀具等原因引起刀具长度尺寸变化时，只要修正刀具长度补偿量，而不必调整程序或刀具。(1) 指令及功能(2) G43是建立刀具长度正补偿，G44是建立刀具长度负补偿，G49是取消刀具长度补偿。(2)编程格式G43（G44）G00（G01）ZHG49G00（G01）Z以上编程指令只适合于FANUC0i系统。对于SINUMERIK802D系统，刀具调用后，刀具长度补偿立即生效，无需G代码指定。5.固定循环功能为了进一步提高编程工作效率，数控系统中一般设计了固定循环功能，它规定对于一些典型加工中的固定、连续的动作，用一个程序段表达，即用固定循环指令来进行孔或槽的加工。(1)基于FANUC0i系统中固定循环功能的编程，对于FANUC0i系统，常用的固定循环指令能完成的工作有钻孔、攻螺纹和镗孔等。这些循环通常包括在XY平面定位、快速移动到R平面、孔的切削加工、孔底动作、返回到R平面、返回到起始平面6个基本动作，常用的固定循环有高速深孔钻循环、螺纹切削循环、精镗循环等。编程格式如下：G90（G91）G98（G99）G73G89XYZRQPFK式中，G90/G91表示绝对坐标编程或增量坐标编程；G98表示刀具返回到起始平面；G99表示刀具返回到返回R平面；G73G89表示孔加工方式，如钻孔加工、高速深孔钻加工、镗孔加工等；X、Y表示孔的位置坐标；Z表示孔底坐标；R表示安全面（R平面）的坐标；Q表示每次切削深度；P表示孔底的暂停时间；F表示切削进给速度；K