FANUC数控系统简介.pdf

FANUCFANUCFANUCFANUC数控系统简介数控系统简介 一 一 FANUCFANUCFANUCFANUC 数控系统的发展数控系统的发展 FANUC 公司创建于 1956 年 1959 年首先推出了电液步进电机 在后来的 若干年中逐步发展并完善了以硬件为主的开环数控系统 进入 70 年代 微电子 技术 功率电子技术 尤其是计算技术得到了飞速发展 FANUC 公司毅然舍弃 了使其发家的电液步进电机数控产品 一方面从 GETTES 公司引进直流伺服电 机制造技术 1976 年 FANUC 公司研制成功数控系统 5 随时后又与 SIEMENS 公司联合研制了具有先进水平的数控系统 7 从这时起 FANUC 公司逐步发展 成为世界上最大的专业数控系统生产厂家 产品日新月异 年年翻新 1979 年研制出数控系统 6 它是具备一般功能和部分高级功能的中档 CNC 系统 6M 适合于铣床和加工中心 6T 适合于车床 与过去机型比较 使用了大 容量磁泡存储器 专用于大规模集成电路 元件总数减少了 30 它还备有用户 自己制作的特有变量型子程序的用户宏程序 1980 年在系统 6 的基础上同时向抵挡和高档两个方向发展 研制了系统 3 和系统 9 系统 3 是在系统 6 的基础上简化而形成的 体积小 成本低 容易组 成机电一体化系统 适用于小型 廉价的机床 系统 9 是在系统 6 的基础上强化 而形成的具备有高级性能的可变软件型 CNC 系统 通过变换软件可适应任何不 同用途 尤其适合于加工复杂而昂贵的航空部件 要求高度可靠的多轴联动重型 数控机床 1984 年 FANUC 公司又推出新型系列产品数控 10系统 11 系统和 12 系统 该系列产品在硬件方面做了较大改进 凡是能够集成的都作成大规模集成电路 其中包含了 8000 个门电路的专用大规模集成电路芯片有 3 种 其引出脚竟多达 179 个 另外的专用大规模集成电路芯片有 4 种 厚膜电路芯片 22 种 还有 32 位的高速处理器 4 兆比特的磁泡存储器等 元件数比前期同类产品又减少 30 由于该系列采用了光导纤维技术 使过去在数控装置与机床以及控制面板之间的 几百根电缆大幅度减少 提高了抗干扰性和可靠性 该系统在 DNC 方面能够实 现主计算机与机床 工作台 机械手 搬运车等之间的各类数据的双向传送 它 的 PLC 装置使用了独特的无触点 无极性输出和大电流 高电压输出电路 能 促使强电柜的半导体化 此外 PLC 的编程不仅可以使用梯形图语言 还可以使 用 PASCAL 语言 便于用户自己开发软件 数控系统 10 11 12 还充实了专用 宏功能 自动计划功能 自动刀具补偿功能 刀具寿命管理 彩色图形显示 CRT 等 1985 年 FANUC 公司又推出了数控系统 0 它的目标是体积小 价格代 适 用于机电一体化的小型机床 因此它与适用于中 大型的系统 10 11 12 一起 组成了这一时期的全新系列产品 在硬件组成以最少的元件数量发挥最高的效能 为宗旨 采用了最新型高速高集成度处理器 共有专用大规模集成电路芯片 6 种 其中 4 种为低功耗 CMOS 专用大规模集成电路 专用的厚膜电路 3 种 三 轴控制系统的主控制电路包括输入 输出接口 PMC ProgrammableMachine Control 和CRT 电路等都在一块大型印制电路板上 与操作面板 CRT 组成一体 系统 0 的主要特点有 彩色图形显示 会话菜单式编程 专用宏功能 多种语言 汉 德 法 显示 目录返回功能等 FANUC 公司推出数控系统 0 以来 得 到了各国用户的高度评价 成为世界范围内用户最多的数控系统之一 1987 年 FANUC 公司又成功研制出数控系统 15 被称之为划时代的人工智 能型数控系统 它应用了 MMC Man Machine Control CNC PMC 的新概念 系统 15 采用了高速度 高精度 高效率加工的数字伺服单元 数字主轴单元和 纯电子式绝对位置检出器 还增加了 MAP Manufacturing AutomaticProtocol 窗 口功能等 FANUC 公司是生产数控系统和工业机器人的著名厂家 该公司自 60 年代生 产数控系统以来 已经开发出 40 多种的系列产品 FANUC 公司目前生产的数控装置有 F0 F10 F11 F12 F15 F16 F18 系列 F00 F100 F110 F120 F150 系列是在 F0 F10 F12 F15 的基础上加了 MMC功能 即 CNC PMC MMC 三位一体的 CNC 二 二 FANUCFANUCFANUCFANUC 公司数控系统的产品特点如下 公司数控系统的产品特点如下 1 结构上长期采用大板结构 但在新的产品中已采用模块化结构 2 采用专用 LSI 以提高集成度 可靠性 减小体积和降低成本 3 产品应用范围广 每一 CNC 装置上可配多种上控制软件 适用于多 种机床 4 不断采用新工艺 新技术 如表面安装技术 SMT 多层印制电路板 光导纤维电缆等 5 CNC 装置体积减小 采用面板装配式 内装式 PMC 可编程机床控 制器 6 在插补 加减速成 补偿 自动编程 图形显示 通信 控制和诊断 方面不断增加新的功能 插补功能 除直线 圆弧 螺旋线插补外 还有假想轴插补 极其坐标插补 圆锥面插补 指数函数插补 样条插补等 切削进给的自动加减速功能 除插补后直线加减速 还插补前加减速 补偿功能 除螺距误差补偿 丝杠反向间隙补偿之外 还有坡度补偿线性度 补偿以及各新的刀具补偿功能 故障诊断功能 采用人工智能 系统具有推理软件 以知识库为根据查找故 障原因 7 CNC 装置面向用户开放的功能 以用户特订宏程序 MMC 等功能来 实现 8 支持多种语言显示 如日 英 德 汉 意 法 荷 西班牙 瑞典 挪威 丹麦语等 9 备有多种外设 如 FANUC PPR FANUCFACard FANUC FLOPY CASSETE FANUCPROGRAMFILEMate 等 10 已推出 MAP 制造自动化协议 接口 使 CNC 通过该接口实现与上 一级计算机通信 11 现已形成多种版本 FANUC 系统早期有 3 系列系统及 6 系列系统 现有 0 系列 10 11 12系列 15 16 18 21 系列等 而应用最广的是 FANUC 0 系列系统 三 三 FANUCFANUCFANUCFANUC 系统的系统的 0 0 0 0 系列型号划分 系列型号划分 0D 系列 0 TD用于车床 0 MD用于铣床及小型加工中心 0 GCD用于圆柱磨床 0 GSD用于平面磨床 0 PD用于冲床 0C 系统 0 TC用于普通车床 自动车床 0 MC用于铣床 钻床 加工中心 0 GCC用于内 外磨床 0 GSC用于平面磨床 0 TTC用于双刀架 4 轴车床 POWER MATE 0 用于 2 轴小型车床 0i 系列 0i MA用于加工中心 铣床 0i TA用于车床 可控制 4 轴 16i用于最大 8 轴 6 轴联动 18i用于最大 6 轴 4 轴联动 160 18MC用于加工中心 铣床 平面磨床 160 18TC用于车床 磨床 160 18DMC 用于加工中心 铣床 平面磨床的开放式 CNC 系统 160 180TC用于车床 圆柱磨床的开放式 CNC 系统 四 下面我们着重介绍一下四 下面我们着重介绍一下 FANUC0FANUC0FANUC0FANUC0 TD TDTD TDTD TDTD TD 系统 系统 FANUC0 TD TD 系统的编程 其中标有 的为 TDTDTDTD 所独有的功能 FANUC0 TD TD 系统的刀具功能 项目规格项目规格 纸带代码EIA ISO 自动识别坐标系设定 标记跳跃自动坐标系设定 奇偶校验奇偶 H 奇偶 V坐标系偏移 控制入 出坐标偏移直接输入 程序段选择跳过1 段工件坐标系G52 G53 G59 程序段选择跳过9 段 菜单编程 最大指令值 8 位手动绝对开 关 程序号O4 位直接图样尺寸编程 顺序号N4 位G 代码 A 绝对 增量编程可在一程序段内用G 代码 B C FS10 11 的纸带格式 偏移程序输入G10 小数点输入 计算器 型小数点输入 调用子程序2 重 用户宏程序 A X 轴直径半径指定固定循环 平面选择G17 G18 G19复合型固定循环 旋转轴指定仅对附加轴钻孔固定循环 双刀架镜像 复合型固定循环 2 中断型用户宏程序 图案数据输入 用户宏程序公共变量 的追加 仅用用户宏程序 B 指定圆弧半径插补 用户宏程序 B不能编辑 旋转轴循环显示功能仅对附加轴 项目规格项目规格 刀具功能T2 T4刀具几何形状 磨损补偿 FANUC0 TD TD 系统的插补功能 FANUC0 TD TD 系统的辅助功能和主轴功能 FANUC0 TD TD 系统的设定功能 显示功能 刀具补偿存储器 6 位 32 位刀具偏移量计数器输入 刀具偏置偏移量测定值直接输入A 刀具半径 R 补偿刀具寿命管理 Y 轴偏置 自动刀具偏移 偏移量测定值直接输入 B 项目规格项目规格 定位G00每分进给mm min 直线插补G01每转进给mm r 圆弧插补多象限 G02 G03切线速度恒速控制 螺纹切削 同步进给G32切削进给速度钳制 自动返回参考点G28自动加减速度快速进给 直线型 切削进给 指函数型返回参考点检测G27 返回第 2 参考点进给速度倍率0 150 快速进给速度100m min倍率取消 快速进给倍率F0 25 50 100 手动连续进给 极坐标差补 圆柱差补 螺纹切削中的回退 连续螺纹 可变导程螺纹切削 多边形切削 跳跃功能G31 高速跳跃功能 转矩限制跳跃 返回第 3 4 参考点 外部减速 暂停 每秒 在切削进给差补后的 直线加减速 项目规格项目规格 辅助功能M3 位横端面速度控制 辅助功能锁住主轴速度倍率0 120 高速 M S T B 接口同 PMC 控制模拟电压 多个辅助功能3 个第 1 主轴定向 主轴功能S 模拟 串行输出实际主轴速度输出 第二辅助功能B8 位 主轴速度波动检测 第 1 轴输出开关功能 第 2 主轴定向 第 2 轴输出开关功能 主轴同步控制 主轴定位 简单主轴同步控制 多主轴控制 刚性攻丝 项目规格项目规格 状态显示主轴速度及T 代码显示 当前位置显示伺服设定画面 FANUC0 TD TD 系统的控制轴 FANUC 0 TD TD 系统的编辑操作功能 程序显示程序名 32 个文字主轴设定画面 参数设定显示英语显示 自诊断功能汉语显示 报警显示数据保护键 实际速度时钟功能 文件盒内容列目 运行时间和零件数显示 图形功能 伺服波形显示 软操作面板 软件操作面板通用开关 日语显示 德语 法语显示 西班牙语显示 意大利语显示 韩语显示 项目规格项目规格 控制轴数2 轴存储行程检测 2 3 轴 PMC 轴控制最大 2 轴 4 轴 Cs 轮廓控制 联动控制轴数2 轴镜像每轴 3 轴 Cf 轴控制 4 轴 Y 轴控制 最小控制单位0 001mm 0 001 度跟踪 英 米制转换伺服关断 互锁所有轴机械手轮进给 机床锁住所有轴导角接通 关断 急停反向间隙补偿存储 超程存储型螺距误差补偿 存储行程检测 1简易同步轴控制 1 10 最小输入单位0 0001mm 0 0001 度存储行程检测 3 4G22 G23 位置开关 项目规格项目规格 自动运行 存储器 JOG 进给 调度管理功能要有文件目录显示 MDI 运行 B DNC 运行 必须有阅读机 穿孔 机接口 手动返回参考点 JOG 手动轮同时工作 MDI 运行无档快设定参考点位置 程序号检索手动手轮进给1 台 顺序号检索 手动手轮进给速度 1 10 m n m 127 nn 1000缓冲寄存器 试运行 增量进给 1 10 100 1000顺序号比较 M P G 2 台 手动中断 FANUC 0 TD TD 系统的编辑操作功能 FANUC 0 TD TD 系统的编辑的数据输入 输出功能 FANUC 0 TD TD 系统的其他功能 FANUC0 系统结构图框 程序的再次启动 用机械挡块设置参考点 单程序段 项目规格项目规格 零件程序存储长度80 320m零件程序编辑 存储程序个数63 200 个程序保护 后台编辑 扩充零件程序编辑 重放 项目规格项目规格 阅读机 穿孔机接口阅读机 穿孔机接口 通道 1 外部工件号检索15 个 阅读机 穿孔机接口 通道 2 外部数据输入外部程序号检索1 9999 I O 设备的外部控制 外部键输入 项目规格项目规格 状态输入信号PLC L基本命令 6 0 s最大步数 50009in 单色 CRT PLC M基本命令 6 0 s 最大步数 5000 内 装 I O 卡 DI DO 80 56 104 72 点 源极 型 漏极型 I O 单元 ADI DO 最大 1024 1024 点 五 五 FANUCFANUCFANUCFANUC 系统部分功能的技术术语及解释 系统部分功能的技术术语及解释 1 控制轨迹数 ControlledPath CNC 控制的进给伺服轴 进给 的组数 加工时每组形成一条刀具轨迹 各组可单独运动 也可同时协调运动 2 控制轴数 Controlled CNC 控制的进给伺服轴总数 每一轨迹 3 联动控制轴数 Simultaneously ControlledAxes 每一轨迹同时插补的进给伺服轴数量 4 PMC 控制轴 Axiscontrol by PMC 由 PMC 可编程机床控制器 控制的进给伺服轴 控制指令编在 PMC 的程 序 梯形图 中 因此修改不便 所以这种方法通常只用于移动量固定的进给轴 控制 5 Cf 轴控制 CfAxisControl 车床系统中 主轴的回转位置 转角 控制和其它进给轴相同 由进给伺服 电动机实现 该轴与其它进给轴联动进行插补 加工任意曲线 6 Cs 轮廓控制 Cf contouring control T 系列 车床系统中 主轴的回转位置 转角 控制不是用进给伺服电动机 而由 FANUC 主轴电动机实现 主轴的位置 角度 由装于主轴 不是主轴电动机 上的高分辨率编码器检测 此时主轴是作为进给伺服轴工作 运动速度为 度 分 并可与其它进给轴同时进行插补 加工出轮廓曲线 7 回转轴控制 RotaryAxis Control 将进给轴设定为回转轴作角度位置控制 回转一周的角度 可用参数设为任 意值 FANUC 系统通常只是基本轴以外的进给轴才能设为回转轴 8 控制轴脱开 ControlledAxisDetach 指定某一进给伺服轴脱离 CNC 的控制而无系统报 报通常用于转台控制 机床不用转台时 执行该功能交转台电动机的插头拔下 卸掉转台 9 伺服关断 Servo Off 用 PMC 信号将进给伺服轴的电源关断 使其脱离 CNC 的控制 用手可以自 由移动 但是 CNC 仍然实时地监视该轴的实际位置 该功能可用于在 CNC 机 床上用机械手轮控制工作台的移动 或工作台 转台被机械夹紧时以避免进给电 动机发生过流 10 位置跟踪 Follow Up 当伺服关断 急停或伺服报警时 若工作台发生机械位置移动 在 CNC 的 位置误差寄存器中就会有位置误差 位置跟踪功能就是修改 CNC 控制器监测的 机床位置 使位置误差寄存器中的误差变为零 当然 是否执行位置跟踪应该根 据实际控制的需要而定 11 增量编码器 Increment Pulse Coder 回转式 角度 位置测量元件 装于电动机轴或滚珠丝杠上 回转时发出等 间隔脉冲表示位移量 由于码盘上没有零点 所以不能表示机床的位置 只有在 机床回零 建立了机床坐标系的零点后 才能表示出工作台或刀具的位置 使用时增量编码器的信号输出有两种方式 串行和并行 CNC 单元与此对 应有串行接口和并行接口 12 绝对值编码器 Absolute Pulse Coder 回转式 角度 位置测量元件 用途与增量编码器相同 不同点是这种编码 器的码盘上有绝对零点 该点作为脉冲的计数基准 因此计数值既可以反映位移 量也可以实时地反映机床的实际位置 另外 关机后机床的位置也不会丢失 开 机后不用回零点 即可立即投入加工运行 与增量编码器一样 使用时应注意脉 冲信号的串行输出与并行输出 以便函与 CNC 单元的接口相配 早期的 CNC 系统无串行口 13 FSSB FANUC 串行伺服总线 FANUC 串行伺服总线 FANUC Serial Servo Bus 是 CNC 单元与伺服放大 器间的信号高速传输总线 使用一条光缆可以传递 4 8 个轴的控制信号 因此 为了区分各个轴 必须设定有关参数 14 简易同步控制 Simple Synchronous Control 两个进给轴一个是主动轴 另一个是从动轴 主动轴接收 CNC 的运动指令 从动轴跟随主动轴运动 从而实现两个轴的同步移动 CNC 随时监视两个轴的 移动位置 但是并不对两者的误差进行补偿 如果两个轴的移动位置超参数的设 定值 CNC 即发出报警 同时停止各轴的运动 该功能用于大工作台的双轴驱 动 15 双驱动控制 Tandem Control 对于大工作台 一个电动机的力矩不足驱动时 可以用两个电动机 这就是 本功能的含义 两个轴中一个是主轴 另一个是从动轴 主动轴接收 CNC 的控 制指令 从动轴增加驱动力矩 16 同步控制 Synchronous Control T 系列的双迹系统 双轨迹的车床系统 可以实现一个轨迹的两个轴的同步 也可实现两个轨迹 的两个轴的同步 同步控制方法与上述 简易同步控制 相同 17 混合控制 Composite Control T 系列的双迹系统 双轨迹的车床系统 可以实现两个轨迹的轴移动指令的互换 即第一轨迹的 程序可以控制第二轨迹的轴运动 第二轨迹的程序可以控制第一轨迹的轴运动 18 重叠控制 Superimposed Control T 系列的双迹系列 双轨迹的车床系统 可以实现两个轨迹的轴移动指令同时执行 与同步控制 的不同点是 同步控制中只能给主动轴运动指令 而重叠控制既可给主动轴送指 令 也可给从动轴送指令 从动轴的移动量为本身的移动量与主动轴的移动量之 和 19 B 轴控制 B Axiscontrol T 系列 B 轴是车床系统的基本轴 X Z 以外增加的一个独立轴 用于车削中心 其上装有动力主轴 因此可以实现钻孔 镗孔或与基本轴同时工作实现复杂工件 的加工 20 卡盘 尾架的屏障 Chuck Tailstock Barrier T 系列 该功能是在 CNC 的显示屏上有一设定画面 操作员根据卡盘和尾架的形状 设定一个刀具禁入区 以防止刀尖与卡盘和尾架碰撞 21 刀架碰撞检查 Tool post interference check T 系列 双迹车床系统中 当用两个刀架加工一个工件时 为避免两个刀架的碰撞可 以使用该功能 其原理是用参数设定两刀架的最小距离 加工中时时进行检查 在发生碰撞之前停止刀架的进给 22 异常负载检测 Abnormal load detection 机械碰撞 刀具磨损或断裂会对伺服电动机及主轴电动机造成大的负载力 矩 可能会损害电动机及驱动器 该功能就是监测电动机机的负载力矩 当超过 参数的设定值时提前使电动机停止并反转退回 23 手轮中断 Manual handle interruption 在自动运行期间摇动手轮 可以增加运动轴的移动距离 用于选种或尺寸的 修正 24 手动干预及返回 Manual intervention and return 在自动运行期间 用进给暂停使进给轴停止 然后用手动将该轴移动到某一 位置做一些必要的操作 如换刀 操作结束后按下自动加工启动按钮即可返回 原来的坐标位置 25 手动绝对值开 关 Manual absolute ON OFF 该功能用来决定在自动运行时 进给暂停后用手动移动的坐标值是否加到自 动运行的当前位置值上 26 手摇轮同步进给 Handle synchronous feed 在自动运行时 刀具的进给速度不是由加工程序指定的速度 而是与手摇脉 冲发生器的转动速度同步 27 手动方式数字指令 Manual numericcommand CNC 系统设计了专用的 MDI 画面 通过该画面用 MDI 键盘输入运动指令 G00 G01 等 和坐标轴的移动量 由 JOG 手动连续 进给方式执行这些指 令 28 主轴串行输出 主轴模拟输出 Spindle serial output Spindle analog output 主轴控制有两种接口 一种是按串行方式传送数据 CNC 给主轴电动机的 指令 的接口称为串行输出 另一种是输出模拟电压量作为主轴电动机指令的接 口 前一种必须使用 FANUC 的主轴驱动单元和电动机 后一种用模拟量控制的 主轴驱动单元 如变频器 和电动机 29 主轴定们 Spindle positioning T 系统 这是车床主轴的一种工作方式 位置控制方式 用 FANUC 主轴电动机和 装在主轴上的位置编码器 实现固定角度的间隔的圆周上的定位或主轴任意角度 的定位 30 主轴定向 为了执行主轴定位或者换刀 必须将机床主轴在回转的圆周方向定位于某一 转角上 作为动作的基准点 CNC 的这一功能就称为主轴定向 FANUC 系统提 供了以下 3 种方法 用位置编码器定向和用磁性传感器定向和用外部一转信号 如接近开关 定向 31 Cs 轴轮廓控制 CsContour control Cs 轮廓控制是将车床的主轴控制变为位置控制 实现主轴按回转角度的定 位 并可与其它进给轴插补以加工出形状复杂的工件 Cs 轴控制必须使用 FANUC 的串行主轴电动机 在主轴上要安装高分辨率的 脉冲编码器 因此 用 Cs 轴进行主轴的定位要比上述的主轴定位精度高 32 多主轴控制 Multi spindle control CNC 除了控制第一主轴外 还可以控制其它的主轴 最多可控制 4 个 取 决于系统 通常是两上串行主轴和一个模拟主轴 主轴的控制命令 S 由PMC 梯 形图 确定 33 刚性攻丝 Rigid tapping 攻丝操作不使用浮动夹头而是由主轴的回转与攻丝进给轴的同步运行实现 主轴回转一转 攻丝轴的进给量等于丝锥的螺距 这样可提高精度和效率 要实现刚性攻丝 主轴上必须装有位置编码器 通常是 1024 脉冲 每转 并 要求编制相应的梯形图 设定有关的系统参数 铣床 车床 车削中心 都可实现刚性攻丝 但车床不能像铣床一样实现反 攻丝 34 主轴同步控制 Spindle synchronous control 该功能可实现两个主轴 串行 的同步运行 除速度同步回转外 还可实现 回转相位的同步 利用相位同步 在车床上可用两个主轴夹持一个形状不规则的 工件 根据 CNC 系统的不同 可实现一个轨迹内的两个主轴的同步 也可实现 两个轨迹中的两个主轴的同步 按受 CNC 指令的主轴称为主主轴 跟随主主轴同步回转的称为从主轴 35 主轴简易同步控制 Simple spindle synchronous control 两个串行主轴同步运行 接受 CNC 指令的主轴为主主轴 跟随主主轴运转 的为从主轴 两个主轴同时以相同转速回转 可同时进行刚性攻丝 定位或 Xs 轴轮廓插补等操作 与上述的主轴同步不同 简易主轴同步不能保证两个主轴的 同步化 进入简易同步状态由 PMC 信号控制 因此必须在 PMC 程序中编制相 应的控制语句 36 主轴输出的切换 Spindle output switch 这是主轴驱动器的控制功能 使用特殊的主轴电动机 这种电动机的定子有 两个绕组 高速绕组和低速绕组 用该功能切换两个绕组 经实现宽的恒功率调 速范围 绕组的切换用继电器 切换控制由梯形图实现 37 刀具补偿存储器 A B C Tool compensation memoryA B C 刀具补偿存储器可用参数设为 A型 B 型或 C 型的任意一种 A 型不区分刀 具的几何形状补偿量和磨损补偿量 B 是把几何形状补偿与磨损补偿分开 通常 几何补偿量是测量刀具尺寸的差值 磨损补偿量是测量加工工件尺寸的差值 C 型不但将几何开头补偿与磨损补偿分开 将刀具长度补偿代码与半径补偿代码也 分开 长度补偿代码为 H 半径补偿代码为 D 38 刀尖半径补偿 Tool nose radius compensation T 车刀的刀尖都有圆弧 为了精确车削 根据加工时的走刀方向和刀具与工件 间的相对方位刀尖圆弧半径进行补偿 39 三维刀具补偿 Three dimension tool compensation M 在多坐标联动加工中 刀具移动过程中可在三个坐标方向对刀具进行偏移补 偿 可实现用刀具侧面加工的补偿 也可实现用刀具端面加工的补偿 40 刀具寿命管理 Tool life management 使用多把刀具时将刀具按其寿命分组 并在 CNC 的刀具管理表上预先设设 定好刀具的使用顺序 加工中使用的刀具到达寿命值时可自动或人工更换 上同 一组的下一把刀具 同一组的刀具用完后就使用下一组的刀具 刀具的更换无论 是自动还是人工 都必须编制梯形图偏置 刀具寿命的单位可用参数设定 分 或 使用次数 41 自动刀具长度测量 Automatictool length measurement 在机床上安装接触传感器 和加工程序一样编制刀具长度的测量程序 G36 G37 在程序中要指定刀具使用的偏置号 在自动方式下执行该程序 使刀具 与传感器接触 从而测出其与基准刀具的长度差值 并自动将该值填入程序指定 的偏置号中 42 极坐标插补 Polar coordinate interpolation T 极坐标编程就是把两个直线轴的笛卡尔坐标系变为横轴为直线轴 比值轴为 回转轴的坐标系 用该坐标系编制非圆型轮廓的加工程序 通常用于车削直线槽 或在磨床上磨削凸轮 43 圆柱插补 Cylindrical interpolation 在圆柱笔柱体的外表面上进行加工操作时 如加工滑块槽 为了编程简单 将两个直线轴的笛卡乐坐标系变为横轴为回转轴 C 纵轴为直线轴 Z 的坐 标系 用该坐标系编制外表面上的加工轮廓 44 虚拟轴插补 Hypothetical interpolation M 在圆弧插补时将其中的一个轴定为虚拟插补轴 即插补运算仍然按正常的圆 弧插补 但插补出的虚拟轴的移动量并不输出 因此虚拟轴也就无任何运动 这 样使得另一轴的运动呈正弦函数规律 可用于正弦曲线运动 45 NURBS 插补 NURBS Interpolation M 汽车和飞机等工作用的模具多数用 CAD 设计 为了确保精度 设计中采用 了非均匀有理化 B 样条函数 NURBS 描述雕刻 Sculpture 曲面和曲线 因 此 CNC 系统设计了相应的插补功能 这样 NURBS 曲线的表达式就可以直接 指令 CNC 避免了用微小的直线线段逼近的方法加工复杂轮廓的曲面或曲线 其优点是 程序短 从而使得占用的内存少 因为轮廓不是用微小线段模拟 所以加工精度高 程序段间无中断 故加工速度快 主机与 CNC 之间无需 高速成传送数据 普通 RS 232C 口速度即可满足 FANUC 的 CNC NURBS 曲线的编程用 3 个参数描述 控制点 节点和权 46 返回浮动参考点 Floating reference position return 为了换刀快速或其它加工目的 可在机床上设定不因定的参考点称之为浮动 参考点 该点可在任意时候设在机床的任意位置 程序中用 G30 1 指令使刀具回 到该点 47 极坐标指令编程 polar coordinate command M 编程时工件尺寸的几何点用极坐标的极径和角度定义 按规定 坐标系的第 一轴为直线轴 即极径 第二轴为角度轴 48 提前预测控制 Advancedpreview control M 该功能是提前读入多个程序段 对运行轨迹插补和进行速度及加速度的预处 理 这样可以减小由于加减速和伺服滞后引起的跟随误差 刀具在高速下比较精 确地跟随程序指令的工件轮廓 使加工精度提高 预读控制包括以下功能 插补 前的超级线加减速 拐角自动降速等功能 预读控制的编程指令为 G08P1 不同的系统预读的程序段数量不同 16i 最 多可预读 600 段 49 高精度轮廓控制 High precision contour control M High precision contour control 缩写为 HPCC 有些加工误差是由 CNC 引起的的 其中包括插补后的加减速造成的误差 为了减少这些误差 系统中使用了辅助处理器 RISC 增加了高速 高精度加工 功能 这些功能包括 多段预读的插补前直线加减速 该功能减小了由于加减速引起的加工误 差 多段预读的速度自动控制功能 该功能是考虑工件的形状 机床允许的速 度和加速度的变化 使执行机构平滑的加 减速 高精度轮廓控制的编程指令为 G05 P10000 50 AI 轮廓控制 AI 纳米轮廓控制功能 AI Contour control AI nana Contour control 这两个功能用于高速 高精度 小段程序 多坐标联动加工 可减小用于加 减速引起的位置滞后和由于伺服的延时引起的而且随着进给速度增加而增加的 位置滞后 从而减小轮廓加工误差 这两种控制中有多段预读功能 并进行直线插补前的直线加减速或铃型加减 速处理 从而保证加工中平滑的加减速 并可减小加工误差 在纳米轮廓控制中 输入的指令值为微米 但内部有纳米插补器 经纳米插 补器后给伺服的指令是纳米 这样工作台的移动非常平滑 加工精度和表面质量 能大大改善 程序中这两个功能的编程指令为 G05 1Q1 51 AI 高精度轮廓控制 AI 纳米高精度轮廓控制功能 AI high precision contour control AInana high precision contour control 该功能用于微小直线或 NURBS 线段的高速 高精度轮廓加工 可确保刀具 在高速下严格地跟随指令值 因此可大大减小轮廓加工误差 实现高速高精度加 工 与上述 HPCC 相比 AIHPCC 中加速减速更精确 因此可提高切削速度 AI NANO HPCC 与 AIHPCC 的不同点是 AINANO HPCC 中有纳米插补器 其他均 与 AIHPCC 相同 在这两种控制中有以下这些 CNC 和伺服系统的功能 插补前 的直线或铃形加速减速 加工拐角时根据进给速度差的降速功能 提前前馈功能 根据各轴的加速度确定进给速度的功能 根据 Z 轴的下落角度修正进给速度的 功能 200 个程序段的缓冲 52 DNC 运行 DNC Operation 是自动运行的一种工作方式 用 RS 232C 和 RS 422 口将 CNC 系统和计 算机连接 加工程序存在计算机的硬盘上或软盘上 一段段输入到 CNC 每输 入一段程序即加工一段 这样可解决CNC内存容量的限制 这种运行方式由PMC 信号 DNCI 控制 53 远程缓冲器 Remote buffer 是实现 DNC 运行的一种接口 由一个独立的 CPU 控制 其上有 RS 232C 和 RS 422 口 用它比一般的 RS 232C 口的加工速度要快 54 DNC1 是实现 CNC 系统与计算机之间传输数据信息的一种通讯协议及通讯指令 库 DNC1 是由 FANUC 公司开发的 用于 FMS 中加工单元的控制 可实现的 功能有 加工设备的运行监视 加工与辅助设备的控制 加工数据与检测数据的 上下传送 故障的诊断等 硬件的连接是一点对多点 一台计算机可连接 16 台 CNC 机床 55 DNC2 其功能基本与 DNC1 相同 只是通讯协议不同 DNC2 用的是欧洲常用的 LSV2 协议 另外硬件的连接为点对点式连接 一台计算机可连接 8 台 CNC 机 床 通讯速率最快为 19Kb 秒 56 高速串行总线 High speed serial bus HSSB 是 CNC 系统与主计算机的连接口 用于两者间的数据传送 传送的数据种 类除了 DNC1 和 DNC2 传送的数据外 还保传送 CNC 的各种显示画面的显示数 据 因此可用计算机的显示器和键盘操作机床 57 以太网口 Ethernet 是 CNC 系统与以太网的接口 目前 FANUC 提供了两种以太网中口 PCMCIA 卡口和内置的以太网板 用 PMCLA 卡可以临时传送一些数据 用完后 即可将卡拔下 以及网板是装在 CNC 系统内部的 因此用于长期与主机连结 实施加工单元的实时控制 六 关于六 关于 FANUCFANUCFANUCFANUC 系统系统 PMCPMCPMCPMC 的介绍的介绍 简单地说 FANUC 系统可以分为两部分 控制伺服电动机和主轴电动机动 作的系统部分和控制辅助电气部分的 PMC PMC 与 PLC 非常相似 因为专用于机床 所以称为可编程序机床控制器 与传统的继电器控制电路相比较 PMC 的优点有 时间响应快 控制精度高 可靠性好 控制程序可随应用场合的不同而改变 与计算机的接口及维修方便 另外 由于 PMC 使用软件来实现控制 可以进行在线修改 所以有很大的灵活 性 具备广泛的工业通用性 FANUC 0 系统使用的 PMC 有 PMC L 和 PMC M 两种型号 它们所需硬 件不同 性能也有所不区别 PMC M 需要一块专门的电路板 地址范围也有 所扩大 使用时请注意 下表为 PMC L 和 PMC M 的部分性能比较 两种型号的性能比较 这里主要以 PMC L 为例进行说明 PMC 的程序称为顺序控制程序 用于机床或其他系统顺序控制 使 CPU 执 行算术处理 顺序程序的编制步骤如下 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 1图 2 PMC LPMC M 程序级数23 第一级程序执行周期16ms16 8ms 基本指令的平均执行时间6 s2 s 程序容量3000 步最大 8000 步 基本指令数1212 功能指令数3435 内部继电器400 字节696 字节 以图 1 图 2 两个电路为例 在 A 触点接通以后 B C 线圈会有什么动作 如果是继电器电路 可以认为是并