第二章 典型数控系统.ppt

数控系统及仿真技术,李宗学,第二章典型数控系统,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,2.2FANUC数控系统,2.3HEIDENHAIN数控系统,SIEMENS公司是全球生产数控类产品较早、产品市场占有率较大的生产厂家之一，因此，SIEMENS数控系统也是数控机床上使用较广，至今已开发、生产了多个系列的控制系统。,2.1SIEMENS数控系统,德国SIEMENS公司是生产数控系统的世界著名厂家，从20世纪70年代以来，SIEMENS公司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善的技术支持。SINUMERIK系列数控产品，能满足各种控制领域不同的控制需求，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、编程和监控。,现在市场上常用的SIEMENS公司数控系统有802系列、810系列、840系列等。SIEMENS公司目前比较普及的数控系统产品结构如图2-1所示。除以上典型系统外，SIEMENS公司还有早期生产的SIEMENS6系统（6T、6M、7T、7M系统）、SIEMENS3系统（20世纪80年代欧洲的典型系统）、SIEMENS8系统（8T、8M、8MC系统）、SIEMENS850880系统（850T、850M和850880系统）、SIEMENS840C等。以上系统多见于进口机床，其中SIEMENS850880系统功能较强，SIEMENS840C的功能与SIEMENS840D相同。,2.1SIEMENS数控系统,图2-1,2-1SIEMENS公司数控系统产品结构,2.1SIEMENS数控系统,SIEMENS802系列系统,2.1SIEMENS数控系统,SIEMENS802系列系统包括802S、802C、802D等型号，它是西门子公司20世纪90年代末开发的集CNC、PLC于一体的经济型控制系统。系统性能价格比较高，比较适合于普及型车、铣、磨床的控制，近年来在国产经济型、普及型数控机床上有较大量的使用。SIEMENS802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较强。,SIEMENS802系列系统,2.1SIEMENS数控系统,SIEMENS802系列系统,SIEMENS802S、802C系列是SIEMENS公司专为简易数控机床开发的经济型系统，两种系统的区别是：,802C系列采用数字式交流伺服驱动系统。SINUMERIK802Cbaseline提供传统的10V的伺服驱动接口，基本配置的驱动系统为：SIMODRIVEbaseline，3Nm/6Nm和6Nm/8Nm双轴模块与11Nm单轴模块，驱动带旋转变压器的1FK7伺服电机，当需要进行功率扩展应用时，可以选用SIMODRIVE611U伺服驱动系统和带单极对旋转变压器的1FK7伺服电机；802S系列采用步进电动机驱动；SINUMERIK802Sbaseline提供脉冲及方向信号的步进驱动接口。,2.1SIEMENS数控系统,SIEMENS802系列系统,SIEMENS802S、802C系列是SIEMENS公司专为简易数控机床开发的经济型系统，两种系统的相同之处是：,SIEMENS802S、802C系列系统可以配OP020独立操作面板与MCP机床操作面板，显示器为7in或5.7in单色液晶显示。集成内置式PLC最大可以控制64点输入与64点输出，PLC的I/O模块与ECU间通过总线连接；系统体积小，结构紧凑，性能价格比高。,SIEMENS802S、802C系列系统的CNC结构完全相同，可以进行3轴控制/3轴联动；系统带有10V的主轴模拟量输出接口，可以配具有模拟量输入功能的主轴驱动系统,2.1SIEMENS数控系统,SIEMENS802系列系统,SIEMENS802D与802S、802C系列的不同之处是：,802D与802S、802C有较大的不同，在功能上比802S/C系统有了改进与提高，系统采用SIEMENSPCU210模块，控制轴数为4轴/4轴联动，可以通过611U伺服驱动器携带10V主轴模拟量输出，以驱动带模拟量输入的主轴驱动系统。系统可以配OP020独立NC键盘、MCP机床操作面板（与802S/C相同），802D采用了10.4in彩色液晶显示器，比802S/C（5.7in或7in单色液晶显示）具有更好的操作性能。系统与驱动、I/O模块间利用PROFIBUS总线进行连接；I/O模块采用了独立的输入、输出单元（PP72/48I/O单元）,2.1SIEMENS数控系统,SIEMENS802系列系统,SIEMENS802D与802S、802C系列的不同之处是：,每一系统最大可以配备两个PP72/48I/O单元，点数比802S/C系统大大增加，最大可以到144/96点。其伺服驱动与802C相同，通常采用SIEMENS611数字式交流伺服驱动系统，驱动器的调试可以直接利用SIMOCOMU软件完成，调整十分方便。在软件上，802D除保留了SIEMENS传统的编程功能外，主要在以下两方面进行了改进：一是增加了PLC程序“梯形图”显示功能，方便了维修；二是可以使用非SIEMENS代码指令进行编程，系统的开放性更强。,2.1SIEMENS数控系统,SIEMENS810D,PCU20,主轴电机,I/O,+,馈入/再生模块,轴扩展模块,机床控制面板,OP.,键盘,植入式HMI,电源部分,NC（数字控制）+PLC（可编程逻辑控制）+驱动器,可以提供多种HMI版本,电源部分,2.1SIEMENS数控系统,主轴电机,I/O,I/R,机床控制面板,OP.,键盘,WindowsNT,伺服电机,NC+PLC,驱动,可以提供多种HMI版本,PCU50,+,+,+,电源部分,SINUMERIK840D,2.1SIEMENS数控系统,SIEMENS810D/840D系统,在数字化控制领域，SINUMERIK810D第一次将CNC和驱动控制集成在一块板子上。810系列按功能分有810T、810G、810N；按型号分有810、810、810型。810系列适用于中、低档的中、小型机床。810型适用于车床和铣床，可控制3轴，联动2轴。810型适用于车床、铣床和磨床，可控制4轴，联动3轴。810型适用于车床、铣床、磨床和冲压类机床，可控制5轴，联动3轴。810系列数控装置的主CPU为80186，系统分辨率为1m，内置PLC为128点输入、64点输出。该系统具有轮廓监控、主轴监控和接口诊断等功能。,2.1SIEMENS数控系统,SIEMENS810D/840D系统,SIEMENS810D/840D的系统结构相似，但在性能上有较大的差别。,810D采用SIEMENSCCU（CompactControlUnit）模块，最大控制轴数为6轴，1通道工作；840D采用SIEMENSNCU（NumericalControlUnit）模块，处理器为PENTIUM（NCU573）或AMDK6-2（NCU572）或486（NCU571）系列，当采用NCU572或573时，CNC的存储器容量为1GB，最大控制轴数可达31轴，10通道同时工作：采用NCU571时，控制轴数为6轴，2通道同时工作。,2.1SIEMENS数控系统,SIEMENS810D/840D系统,SIEMENS810D/840D的系统结构相似，但在性能上有较大的差别。,810D/840D可以在WINDOWS环境下运行，系统功能强大，开放性好，软件十分丰富。系统除具有数字化仿形功能、NURBS插补、样条插补、多项式插补、3D刀补等先进的功能外，还可以配套ShopMill（铣床、加工中心）或ShopTum（图形化编程软件）、AUTOTURN（数控车床）图形对话式操作、编程软件，直接使用人机对话式编程。系统可以进行2D动态模拟显示与3D立体图形模拟显示。此外，通过配套EASYMASK软件，还可以通过ASCII编辑器进行用户屏幕设计，开放性更强。系统的PLC编程可以采用S7-HiGraph点阵图形辅助编程工具，进行PLC程序设计。该系列NC还具有所谓的神经网络功能，通过自学习、自优化系统，自动完成伺服系统的优化调整，使系统的调整时间大大缩短。由于丰富的软件替代了一部分硬件功能，因此810D/840D硬件的特点是模块少，结构简单，硬件的故障率较低。,SINUMERIK840D系统简介,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,SINUMERIK840D系统简介,SINUMERIK840D主机人机交互装置（MMC）,CNC键盘,PLC模块S7-300,1FT、1FK系列进给电机,1PH数字主轴电机,驱动装置SIMODRIVE611DNCU模块,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,图2-1,SINUMERIK840D系统简介,SINUMERIK840D是由数控及驱动单元（NCU）及驱动单元（SIMODRIVE611D），MMC，PLC的I/O模块三部分组成。由于在集成系统时，总是将SIMODRIVE611D驱动和数控单元（NCU）并排放在一起，并用设备总线互相连接，因此有时将二者划归一处。MMC包括：OP（Operationpanel）单元，PCU20/50/70（MMC），MCP（MachineControlPanel）三部分；PLC的I/O模块包括：电源模块（PS），接口模块（IM）和信号输入/输出模块（SM）。它们并排安装在一根导轨上。,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,SINUMERIK840D系统简介,SINUMERIK840D的数控单元被称作NCU（NumericalControlunit）单元。同样地，NCU单元中也集成SINUMERIK840D数控CPU和SIMATICPLCCPU芯片，包括相应的数控软件和PLC控制软件，并且带有MPI或Profibus接口，RS232接口，手轮及测量接口，PCMCIA卡插槽等（见图2-1）所不同的是NCU单元很薄，所有的驱动模块均排列在其右侧。,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,经济型,普及型,中档,高档,SINUMERIK802S用于控制车床、铣床等，性价比高,SINUMERIK802D用于控制车床、铣床等，性价比高。最多可以控制4个数字进给轴、1个主轴。,SINUMERIK810D全数字数控系统PerfectSoftware最多控制6轴,SINUMERIK840D高性能数控系统最多可控31个进给轴和主轴,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,一、产品种类,32位微处理器实现CNC控制。,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,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,二、SINUMERIC840D产品功能,1)主轴定向2)恒切削速度3)变螺距螺纹4)主轴转速从0.1rpm99000rpm5)最高8挡切换6)模拟10v或数字驱动SIMODRIVE611-D,(5)主轴配置,2.机床配置,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,二、SINUMERIC840D产品功能,(1)自动方式(2)JOG方式（手动进给）(3)示教（TEACHIN）(4)手动输入运行（MDA）,3.操作方式,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,二、SINUMERIC840D产品功能,(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,4.轮廓和补偿,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,二、SINUMERIC840D产品功能,(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,5.安全和诊断功能,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,二、SINUMERIC840D产品功能,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,5.安全和诊断功能,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,二、SINUMERIC840D产品功能,(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,DIN66025标准,高级语言编程特色,6.CNC编程,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,二、SINUMERIC840D产品功能,(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,7.PLC编程,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,二、SINUMERIC840D产品功能,(2)与外设通信,(1)标准的PC软件,8.操作系统与部分硬件,1)2个通用接口RS2322)磁盘驱动器接口和打印机接口,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,二、SINUMERIC840D产品功能,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。,9.显示功能,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,二、SINUMERIC840D产品功能,1.人机界面(MMC),2.数控单元,3.驱动单元,4.PLC模块,NCK,西门子802D结构实物图,西门子840D结构实物图,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,三、SINUMERIC840D产品基本组成,(1)MMC,(2)OP,(3)MCP,ManMachinecommunication,Operationpanel,Machinecontrolpanel,MMC100.2/MMC103,PCU,HMI,NC键盘,显示屏,1.人机界面(MMC),第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,三、SINUMERIC840D产品基本组成,2.数控单元,(1)数控单元的组成,(2)数控单元的接口,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,三、SINUMERIC840D产品基本组成,驱动模块,电源模块,带馈入装置（15KW）,不带馈入装置（15KW）,单轴模块,双轴模块,非调节型,调节型,3.驱动单元,驱动组成,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,三、SINUMERIC840D产品基本组成,接口模块,信号模块,电源模块,4.PLC模块,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,三、SINUMERIC840D产品基本组成,5、数控系统的连接,伺服电机,380VAC,24V直流电源SITOP/PS307,滤波器,电抗器,机床电器部件,手轮,变压器,220VAC,24VDC,RS232隔离器,24VDC,24VDC,键盘,机床控制面板,主开关,220VAC,24VDC,电源模块,功率模块,24VDC,功率模块,功率模块,控制模块,总线模块,控制模块,控制模块,伺服电机,伺服电机,220VAC,西门子NC,电气柜,系统的连接各部件的连接总图,840D各模块在安排排列时，最左边通常为电源模块，其后为NCU控制板，MSD主轴模块，FDD进给驱动模块。通常，驱动模块遵循功率越大的模块越靠近左侧,SIMODIVE611U数字伺服驱动单元（伺服驱动器调试软件安装）：由电源模块、功率模块、611U控制模块组成。其中电源模块负责将380V交流电转换成600V直流母线电压。,数字伺服驱动单元-SIMODIVE611U,电源馈入模块功率模块,通常有1FK6/1FK7/1FT6/1PH7等电机组成。,数控系统采用24V直流供电，要选择好直流稳压电源的容量。数控系统中需要直流24V供电部件有：数控系统和键盘、机床控制面板、数字输入输出模块等。尽可能采用单独的24VDC电源为数字输出外部供电。,24VDC,主开关,电网滤波器(选件),电抗器（根据电源模块的功率选配）,380VAC,与主轴停止同步,0V,连接到PLC输入端,连接到PLC输出端,0V,（电源馈入模块）,Q0.A和Q1.A用于模拟主轴的使能控制,I0.A是用于测量的高速输入接口如果测量装置使用外部24V电源，该24V电源的0V应与M24连接,模拟输出用于模拟主轴的速度给定。75A为10V15为参考地注意：模拟输出为8位D/A转换器，最小当量为78mV。所以该模拟信号不能用于位置控制,如果使用Q0.A或Q1.A时，P24和M24应连接外部24V电源,直流母线导流条必须与电源模块的直流母线导流条紧密连接,TTL编码器接口用于连接主轴外置编码器。该接口最大信号频率为1MHz。对于车床或加工中心应根据主轴的转速进可能选择高线数的编码器。建议：选用西门子配套的编码器和配套的电缆,RS232通讯接口用于连接驱动器调试软件：SIMOCOM,驱动器设备总线接口由电源模块通过配套的扁平电缆连接,（611UE和功率模块）,CW,CCW,10V,模拟信号参考地,24VDC,0V,0V,（模拟主轴的连接）,电机信号电缆的屏蔽网与功率模块壳体连接,电机电缆及信号电缆的屏蔽连接,端子转换器,输出公共端：外部24V直流电源,输入公共端：外部24V直流电源的0V,24V直流输出可用于输入信号公共端,端子27、28、29、30无定义,24个电平输入信号1530V：为高电平15V：为低电平高电平电流：215mA,16个电平输出信号高电平输出：24V输出电流max：250mA同时系数：1,CompanyLogo,第二章典型数控系统,2.1SIEMENS数控系统,四、SINUMERIC840D面板操作,FANUC数控系统,FANUC数控系统（FANUCSystem），缩写为“FS”。其系统命名格式如下FS-0i-M/T-D,厂家识别,系列号,T-车削系统M-铣削系统,系统版本号,FANUC数控系统特点,系统结构由大板结构过渡委模块化结构采用专用LSI，提高了系统的集成度和可靠性CNC装置上可配多种类型的控制软件，其产品适用于多种数控机床采用了表面安装技术SMT、多层印制电路板、光导纤维电缆等多种新工艺和新技术采用小体积的面板装配式、内装式PMC（可编程机床控制器）的CNC装置多种插补功能和补偿功能面向用户开放的CNC装置支持多种I/O设备具有MAP（制造自动化协议）接口通信功能产品系列丰富,FANUC典型数控系统组成,显示器与MDI键盘进给伺服主轴电机控制机床强电的I/O点接口I/OLinki伺服数据输入/输出口,海德汉数控系统,海德汉数控系统系列产品,海德汉iTNC530数控系统基本组成,计算机、硬盘、SIKCC422控制单元UV106B电源模块显示单元和键盘手轮PLC模块驱动模块,主轴电机,PCU210集成控制器单元NC+PLC+HMI,PCU210键盘,机床控制面板,驱动控制器,伺服电机,I/O板,SINUMERIK802D,驱动模块,数控系统模块,显示、输入单元,I/O接口,SINUMERIK840D,数控系统部分,NCU接口图,数字驱动模块,功率模块,控制模块,DSP数字伺服轴卡,CompanyLogo,Diagram,ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.,TitleAddyourtext,ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.,CompanyLogo,CycleDiagram,CompanyLogo,Diagram,CompanyLogo,Diagram,CompanyLogo,Contents,CompanyLogo,Diagram,AddYourText,AddYourText,AddY