数控系统区别及应用 PPT课件

典型数控系统区别及应用 陕西航空技术学院高级教学部杨海东Tel 0916 2385351E mail yhd7cj8866 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 1 2 机床制造业发展需要 2000年我国机床消费额为37 88亿美元 世界机床最大消费国美国为68亿美元 2001年我国机床消费已达到47 4亿美元 比位居第一的德国仅差15 我国将有可能在2005年甚至更早的2003年成为世界机床第一消费大国 国外的著名机床制造厂看准这一势头 纷纷在华设立合资或独资机床制造厂 特别是在加入WTO后 经济的全球化 使中国机床制造业面临的国内外竞争更加激烈 这一切都将意味着市场将对掌握现代加工技术 数控专业技术人才的一轮激烈争夺 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 3 工业化建设人才需求 随着国家工业化进程的加快 市场将对制造业从业人员的需求不断提出新的要求 而首先是对机械加工制造业从业人员的要求 随着机械制造业信息化的迅猛发展 数控设备在机械制造业中地位越来越重要 必将成为今后机械加工行业的主体 我国对数控技术人才的需求将会越来越大 随着全国工业经济发展战略的实施 逐步进入工业强国战略的第二阶段 将会大量需要适应信息化高度集中现代制造业技术人才 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 4 数控制造业发展现状 现代制造业概念发达国家先进制造业水平我国制造业基本情况机床相关数据数控系统发展状况我国数控发展现状 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 5 现代制造业概念 世界信息化 市场化 全球化和知识化的发展趋势 对传统制造业带来的影响和冲击也是广泛和深远的 普通机械已逐渐被高效率 高精度的数控机械装备所代替 并向着集成化 系统化的方向发展 向优化传统制造业比例发展 数控技术是制造业实现自动化 柔性化集成化的基础 是提高产品质量 提高劳动生产率必不可少的手段 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 6 发达国家先进制造业水平 西方发达国家数控机床率一般为20 仅日本数控机床年产量为5万多台 机床设备数控化率为30 美国机床数控化率则高达40 根据联合国统计资料 1990年全世界的柔性制造系统 FMS 有1500套 主要分布在日本 美国 德国等发达国家 采用FMS所获得的经济效益大致为 操作人员减少50 成本降低60 在制时间为原来的1 2 机床利用率达60 80 机床台数减少50 生产面积减少40 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 7 我国机械制造业状况 目前我国机床拥有量400万台 世界第一 但数控化率仅1 9 数控机床年产量3000 4000台 年进口量7000 8000台 日本不到 万台的机床拥有量 其制造能力却是我国的近 倍 已经使用的数控机床和加工中心 无论在品种上 质量上 还是在实际利用上 同世界先进水平还存在很大的差距 尤其是在数控系统开发方面还存在相当大的差距 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 8 机床相关数据信息 以下是一些根据美国Gardner公司公布的资料所作的2001年世界机床产值 消费额 进口额 出口额前十名及与2000年同比情况 供参考 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 9 世界机床产值前十名 单位 百万美圆 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 10 世界机床消费额前十名 单位 百万美圆 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 11 世界机床进口额前十名 单位 百万美圆 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 12 世界机床出口额前十名 单位 百万美圆 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 13 数控系统发展状况 目前 国际上最大的数控系统生产厂是日本 公司 年生产 万套以上系统 占世界市场约 左右 其次是德国的西门子公司约占 以上 再次是德海德汉尔 西班牙发格 意大利菲地亚 法国的 日本的三菱 安川 国产数控系统厂家主要有华中数控 北京航天机床数控集团 北京凯恩帝 北京凯奇 沈阳艺天 广州数控 南京新方达 成都广泰等 国产数控生产厂家年产量没有一家超过 套 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 14 我国数控发展情况 我国改革开放以来 尤其是20世纪末 机械制造业的数控技术得到长足发展 数控机床的使用已从 贵族 走向 平民 普及化程度进程明显加快 据统计 到2005年 我国的数控机床年产量将达到3万台 数控机床的普及率也将大大提高 因此 数控技术的应用仍是我国机械制造业发展的重要任务 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 15 第一篇 典型数控系统分类介绍 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 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 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 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 一 FANUC系统介绍 日本 1 FANUC公司简介及FANUC数控系统的发展 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 16 1985年FANUC公司又推出了数控系统0 它的目标是体积小 价格低 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 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 ManMachineControl 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 ManufacturingAutomaticProtocol 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 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 17 2 FANUC数控系统特点及系列 1 主要特点日本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 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0 45 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 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 18 2 主要系列 1 高可靠性的PowerMate0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CRT MDI 也可配性能 价格比高的DPL MDI 2 普及型CNC0 D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 3 全功能型的0 C系列 0 TC用于通用车床 自动车床 0 MC用于铣床 钻床 加工中心 0 GCC用于内 外圆磨床 0 GSC用于平面磨床 0 TTC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 0i MB MA用于加工中心和铣床 4轴4联动 0i TB TA用于车床 4轴2联动 0i mateMA用于铣床 3轴3联动 0i mateTA用于车床 2轴2联动 5 具有网络功能的超小型 超薄型CNC16i 18i 21i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F16i MB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CNC16 18 160 180系列 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 19 FANUC0系统由数控单元本体 主轴和进给伺服单元以及相应的主轴电机和进给电机 CRT显示器 系统操作面板 机床操作面板 附加的输入 输出接口板 B2 电池盒 手摇脉冲发生器等部件组成 FANUC0系统的CNC单元为大板结构 基本配置有主印制电路板 PCB 存储器板 图形显示板 可编程机床控制器板 PMC M 伺服轴控制板 输入 输出接口板 子CPU 中央处理器 板 扩展的轴控制板 数控单元电源和DNC控制板 各板插在主印制电路板上 与CPU的总线相连 图1是FANUC0系统数控单元的结构图 FANUC0系列 主印制电路板 PCB 连接各功能板 故障报警等 主CPU在该板上 用于系统主控 数控单元电源 主要提供 5V 15V 15V 24V 24V直流电源 用于各板的供电 24V直流电源 用于单元内继电器控制 图形显示板 提供图形显示功能 第2 3手摇脉冲发生器接口等 PMC板 PMC M PMC M型可编程机床控制器 提供扩展的输入 输出板的接口 基本轴控制板 AXE 提供X Y Z和第4轴的进给指令 接收从X Y Z和第4轴位置编码器反馈的位置信号 输入 输出接口 通过插座M1 M18和M20提供输入点 通过插座M2 M19和M20提供输出点 为PMC提供输入 输出信号 存储器板 接收系统操作面板的键盘输入信号 提供串行数据传送接口 第1手摇脉冲发生器接口 主轴模拟量和位置编码器接口 存储系统参数 刀具参数和零件加工程序等 子CPU板 用于管理第5 6 7 8轴的数据分配 提供RS232C和RS422串行数据接口等 扩展轴控制板 AXS 提供第5 6轴的进给指令 接收从第5 6轴位置编码器反馈的位置信号 扩展轴控制板 AXA 提供第7 8轴的进给指令 接收从第7 8轴位置编码器反馈的位置信号 扩展的输入输出接口 通过插座M61 M78和M80提供输入点 通过插座M62 M79和M80提供输出点 为PMC提供输入 输出信号 通信板 DNC2 提供数据通信接口 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 20 FANUC0MD数控铣床系列 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 21 FANUC0TD数控车系列 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 22 FANUC0i 0iMateB C系列 提供卓越功能的配置 在配置上重视与实现功能更全 效率更高的机床性能 提供最好的价格 性能比的配置 基于基本规格 在配置上重视价格 性能比 新的会话式编程功能 0i操作指南 使得没有经验的使用者可以很容易的编写加工程序 操作指南 可用于车床 铣床和加工中心 通过使用以下的优异特性 没有经验的使用者可以容易地编写加工程序 而有经验的使用者可以编写发挥他们知识的加工程序 ISO代码加工编程 G代码 M代码说明 轮廓编程 固定循环 0i操作指南 可用于10 4 彩色LCD 8 4 彩色LCD和9 单色CRT 0i操作指南 采用ISO代码程序作为它的加工趁许语言 简单的运动如直线和圆弧可直接输入ISO代码 复杂的运动如铣槽和模式钻削可以很容易地通过加工循环程序段输入 此外 因为ISO代码加工程序格式被广泛的作为CAD CAM系统中输出的加工程序 0i操作指南 和CAD CAM系统之间则具有很好的适应性 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 23 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 24 16i 18i等系列 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 25 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 26 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 27 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 28 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 29 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 30 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 31 西门子数控系统是西门子集团旗下自动化与驱动集团的产品 西门子数控系统SINUMERIK发展了很多代 目前在广泛使用的主要有802 810 840等几种类型 用一个简要的图表对西门子各系统的定位作描述如下 二 SIEMENS系统介绍 德国 1 西门子数控系统 SIEMENS 产品种类和发展 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 32 SIEMENS公司的数控装置采用模块化结构设计 经济性好 在一种标准硬件上 配置多种软件 使它具有多种工艺类型 满足各种机床的需要 并成为系列产品 随着微电子技术的发展 越来越多地采用大规模集成电路 LSI 表面安装器件 SMC 及应用先进加工工艺 所以新的系统结构更为紧凑 性能更强 价格更低 采用SIMATICS系列可编程控制器或集成式可编程控制器 用SYEP编程语言 具有丰富的人机对话功能 具有多种语言的显示 SIEMENS公司CNC装置主要有SINUMERIK3 8 810 820 850 880 805 802 840系列 2 SIEMENS数控系统特点及系列 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 33 SINUMERIK802系列 SINUMERIK802系统包括802S Se Sbaseline 802C Ce Cbaseline 802D等型号 它是西门子公司20世纪90年代才开发的集CNC PLC于一体的经济型控制系统 该系统的性能 价格比较高 比较适合于经济型与普及型车 铣 磨床的控制 SINUMERIK802S 802C系列 SINUMERIK802系列数控系统的共同特点是结构简单 体积小 可靠性高 此外系统软件功能也比较完善 SINUMERIK802S 802C系列是SIEMENS公司专为简易数控机床开发的经济型数控系统 两种系统的区别是 802S Se Sbaseline系列采用步进电动机驱动 802C Ce Cbaseline系列采用数字式交流伺服驱动系统 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 34 SINUMERIK802S C数控铣面板 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 35 SINUMERIK802S C数控车面板 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 36 SINUMERIK802D系列 1 具有免维护性能的SINUMERIK802D 其核心部件 PCU 面板控制单元 将CNC PLC 人机界面和通讯等功能集成于一体 可靠性高 易于安装 2 SINUMERIK802D可控制4个进给轴和一个数字或模拟主轴 通过生产现场总线PROFIBUS将驱动器 输入输出模块连接起来 3 模块化的驱动装置SIMODRIVE611Ue配套1FK6系列伺服电机 为机床提供了全数字化的动力 4 通过视窗化的调试工具软件 可以便捷地设置驱动参数 并对驱动器的控制参数进行动态优化 5 SINUMERIK802D集成了内置PLC系统 对机床进行逻辑控制 采用标准的PLC的编程语言Micro WIN进行控制逻辑设计 并且随机提供标准的PLC子程序库和实例程序 简化了制造厂设计过程 缩短了设计周期 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 37 全彩色丰富的辅助编程 刀具防真加工 SINUMERIK802D Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 38 SINUMERIK810D系列 1 在数字化控制的领域中 SINUMERIK810D第一次将CNC和驱动控制集成在一块板子上 3 快速的循环处理能力 使其在模块加工中独显威力 4 SINUMERIK810DNC软件选件的一系列突出优势可以在竞争中脱颖而出 例如提前预测功能 可以在集成控制系统上实现快速控制 5 另一个例子是坐标变换功能 固定点停止可以用来卡紧工件或定义简单参考点 模拟量控制控制模拟信号输出 6 刀具管理也是另一种功能强大的管理软件选件 7 样条插补功能 A B C样条 用来产生平滑过渡 压缩功能用来压缩NC记录 多项式插补功能可以提高810D 810DE运行速度 8 温度补偿功能保证您的数控系统在这种高技术 高速度运行状态下保持正常温度 此外 系统还提供钻 铣 车等加工循环 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 39 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 40 SINUMERIK840D系列 SINUMERIK840D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 全数字化的系统 革新的系统结构 更高的控制品质 更高的系统分辨率以及更短的采样时间 确保了一流的工件质量 控制类型 采用32位微处理器 实现CNC控制 用于完成CNC连续轨迹控制以及内部集成式PLC控制 操作方式轮廓和补偿安全保护功能NC编程PLC编程操作部分硬件显示部分 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 41 世纪星 系列数控系统HNC 21 22M采用先进的开放式体系结构 内置嵌入式工业PC 配置8 4 或10 4 彩色液品显示屏和通用工程面板 集成进给轴接口 主轴接口 手持单元接口 内嵌式PLC接口于一体 采用电子盘程序存储方式以及软驱 DNC 以太网等程序交换功能 具有低价格 高性能 配置灵活 结构紧凑 易于使用 可靠性高的特点 主要应用于铣 加工中心等各类数控机床的控制 国产数控系统 武汉华中数控HNC 世纪星HNC 21 22M数控系统 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 42 世纪星 系列数控系统HNC 21 22T采用先进的开放式体系结构 内置嵌入式工业PC 配置8 4 或10 4 彩色液品显示屏和通用工程面板 集成进给轴接口 主轴接口 手持单元接口 内嵌式PLC接口于一体 采用电子盘程序存储方式以及软驱 DNC 以太网等程序交换功能 具有低价格 高性能 配置灵活 结构紧凑 易于使用 可靠性高的特点 主要应用于车 车削中心等数控机床的控制 世纪星HNC 21 22T数控系统 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 43 国产数控系统 广州数控GSK GSK983M是为了实现机械加工所要求的高速 高精度和高效率加工而专门开发的高性能价格比 高可靠性CNC 由于采用了多个高速微处理器和高速高精度的伺服系统以及丰富的CNC功能和高速PLC功能 从而使机械加工效率真正地达到了一个更高的水平 GSK983M加工中心数控系统 GSK21MA是广州数控设备有限公司自行开发的加工中心数控系统 采用了奔腾处理器实现高速 m级控制 仿Windows全中文 人性化人机交互界面 根据人体工程学设计 更符合操作人员的实际加工习惯 操作简单 易于上手 缩短了工人的适应时间 提高了生产效率 采用国际标准的54种G指令 其中包括13种复合循环指令 坐标系旋转 极坐标 程序比例缩放 镜像 螺旋铣削等 还有12种在实际生产中经常用到的用户宏指令 系统可使用U盘对程序和参数进行存储和备份 GSK21MA加工中心数控系统 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 44 采用16bit高速微处理器 CPU 和超大规模可编程门阵列 CPLD 进行硬件插补 实现高速 m级控制采用四层线路板 集成度高 整机工艺结构合理 全封闭式装配 抗干扰能力强 可靠性高 直线型 指数型加减速方式 可配套步进 伺服电机 应用灵活可变电子齿轮比 应用方便320 240点阵LCD显示中文 英文 选配 菜单 界面友好 操作方便 GSK980TA数控车床系统 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 45 第二篇 典型数控系统区别应用 FANUC指令表 SIEMENS指令表 一 FANUC与SIEMENS指令对照表 针对各厂家自定义系统有可能不同 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 46 FANUC指令表 续 SIEMENS指令表 续 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 47 FANUC指令表 续 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 48 二 FANUC与SIEMENS常用指令区别 1 G16 G15极坐标 铣 FANUC中G16启用 G15撤消代表极坐标指令编程 在SIEMENS中无该功能指令 该指令在手工编程中讲解 此处不再赘述 3 G32 FANUC 与G33 SIEMENS 螺纹加工 车 FANUC中G32代表恒螺距螺纹加工 G32X Z F 在SIEMENS中同样功能指令为G33 G33X Z F 2 G20 G21英 公制 FANUC中G20 G21指令采用英 公制 SIEMENS中G70 G71指令采用英 公制 Copyright 2002IntelCorporation Allrightsreserved 49 4 G65 G66 G67宏指令 车 铣 FANUC中使用G65 G66 G67来完成所有丰富的宏指令功能 而在SIEMENS中完全采用了相似功能但指令不一样的R参数编程 宏指令与R参数编程在宏程序中讲解 此处不再赘述 5 G68 G69坐标旋转 车 铣 FANUC中使用G68启用 G69撤消 FANUC中G68指令直接可以指定旋转中心 指令格式为 G68X Y R R指定旋转角度 正为逆时针 负为顺时针 SIEMENS中使用G258指令坐标旋转 但G258仅对当前坐标系来旋转 旋转中心为当前坐标系中心 指令格式为 G258RPL 如果需要以其他指定点为中心旋转 则必须使用G