（中职）数控系统第7章教学课件

1、YCF正版可修改PPT（中职）数控系统第7章教学课件第7章 典型数控系统第一节 经济型数控系统第二节 FANUC数控系统第三节 SIEMENS 802D型数控系统第一节 经济型数控系统 经济型数控系统从控制方法来看，一般是指开环数控系统。它具有结构简单、造价低、维修调试方便、运行维护费用低等优点，但受步进电动机矩频特性及精度、进给速度、力矩三者之间相互制约，性能的提高受到限制。所以，经济型数控系统常用于数控线切割机床及一些速度和精度要求不高的经济型数控车床、铣床等，它在普通机床的数控化改造中也得到了较广泛的应用。下一页返回第一节 经济型数控系统一、经济型数控系统 经济型数控系统根据驱动和定位方

2、式，可以分为:步进电动机驱动的开环系统、交流电动机驱动的点位式数控系统和直流伺服电动机驱动的半闭环数控系统。下一页返回上一页第一节 经济型数控系统 1.步进电动机驱动的开环数控系统 该系统无反馈装置，不能纠正伺服系统的误差，同时因为造价的因素，一般不采用其他措施补偿位置误差。驱动采用步进电动机，因而输出转矩不太大，机床的空行程速度较低。这种系统具有23种插补功能，通过软件控制接口，可加工锥面、螺纹、简单的外形曲面等。由于该系统性能价格比较适中，在技术和经济上能达到一般中小型企业的承受能力，因此易于普及和推广。下一页返回上一页第一节 经济型数控系统 2.交流电动机驱动的点位式数控系统 该系统采用

3、光栅检测装置实施点位控制，具有较高的定位精度。光栅分辨率可达1 m ,重复定位精度可达5 m，所以加工精度较高。由于采用交流电动机变频驱动，功率大，可进行大切削用量加工。分辨率为10 m时，空行程速度可达6 m/min。这种系统在盘类、轴类零件加工中，效果尤为显著，但只能加工柱面，不能加工曲面和螺纹。因为该系统的功能有一定的局限性，而且成本较高，性能价格比相对较低，所以只适用于专业化工厂，一般使用较少。下一页返回上一页第一节 经济型数控系统 3.直流伺服电动机驱动的半闭环数控系统 该系统采用光电编码器进行位移检测，实现半闭环连续控制。由于采用高性能直流伺服电动机驱动，输出转矩大，速度高，过载能

4、力大，可进行强力切削。当丝杠螺距6 mm时，速度可达10m/min以上，且不丢步，效率高。该系统功能齐全，还带有可编程控制器，使强电控制设计大大简化，但价格较高，性能价格比较低，不适宜在中小企业推广。下一页返回上一页第一节 经济型数控系统二、NICS-51系列单片机组成的经济型数控系统 (一)MCS-51系列单片机 目前，我国经济型CNC多数是以8位或16位单片计算机或者以8位或16位微处理器(简称MPU)为主构成的系统。单片计算机的典型代表是Intel公司的MCS-48 , MCS-51和MCS-96系列，其中MCS-48和MCS-51是8位机，MCS-96是16位机。国内的经济型数控系统多

5、数采用MCS-51系列单片机。下一页返回上一页第一节 经济型数控系统 1. MCS-51系列单片机的基本特性及其引脚功能 MCS-51系列单片机是Intel公司在MCS-48系列单片机基础上推出的产品，是一种集片内存储器、片内输入/输出部件和CPU部件于一体的性能优良的单片机。下一页返回上一页第一节 经济型数控系统 (1) MCS-51系列单片机基本特征MCS-51系列有8031、8051、8751三个典型产品，它们的引脚和指令系统完全兼容，仅在ROM的结构上有区别。8031内部没有ROM，必须外加程序存储器才能工作。8051内部有4KB的ROM ,程序在芯片制造时即写入，此后不能修改。875

6、1内部有4KB的EPROM(即紫外线擦除可编程ROM) ,程序可以多次修改，但其价格比前两种高。8031虽然内部无ROM，但外接EPROM后，就相当于8051，且其价格又低，所以在国内使用最为广泛。 下一页返回上一页第一节 经济型数控系统 MCS-51系列单片机的基本特性如下(以8031为例): .8位CPU; 128KB RAM (8051、8751还具有4KB ROM) ; 21个特殊功能寄存器; 4个8位I/O端口，32根I/O线; 可扩展64 KB的外部数据存储器和64 KB的外部程序存储器; .两个16位定时/计数器;下一页返回上一页第一节 经济型数控系统 .有中断结构，具有两个优先

7、级、5个中断源; .一个可编程全双工串行I/O口; 具有位寻址能力，可进行逻辑运算; 片内有一个振荡器和时钟发生电路，每执行一条指令的时间为2s和1 s。下一页返回上一页第一节 经济型数控系统 (2) MCS-51系列单片机的引脚功能 MCS-51系列单片机是一个具有40根引脚的双列直插式器件，其引脚及逻辑符号如图7-1 ( a)所示。 I/O口P0、 Pl、P2、 P3共4个8位口，P0可驱动8个TYL门电路，P1、P2、 P3口则只能驱动4个TTL门路。P3口是双重功能口，第一功能可作一般I/O口;第二功能为特殊功能，其定义如下:下一页返回上一页第一节 经济型数控系统下一页返回上一页第一节

8、 经济型数控系统 .控制线 :地址锁存使能/编程信号端。在存取外部存储器时，锁存低8位地址，高电平有效;对8751进行EPROM编程时，该端线是编程脉冲输入端，实现第二功能 。 :外部程序存储器使能引脚。这是外部程序存储器的读选通信号，低电平有效。下一页返回上一页第一节 经济型数控系统 EA/VPP:外部存储器选择信号。当其为低电平时，CPU只执行外部存储器中的程序。对8031, EA必须接低电平。 RESET/VPD:复位/备用电源端。当振荡器工作时，在此端持续给出两个机器周期的高电平，以完成复位。第二功能是备用电源输入端。下一页返回上一页第一节 经济型数控系统 .时钟XTAL1:接内部时钟

9、振荡器反相放大器输入。当使用外部时钟振荡电路必须接低电平。 XTAL2:接内部时钟振荡器反相放大器输出，它同时是单片机芯片内部时钟发生电路的输入。当使用外部时钟振荡电路时，此端接收外部的时钟振荡器信号。 .电源Vcc:接+5 V, Vss接地。下一页返回上一页第一节 经济型数控系统 (3)总线结构 MCS-51系列单片机的三总线结构如图7-1 ( b)所示。 .地址总线AB为16位，低8位A0A7由PO口经地址锁存器提供，而高8位A8-A15由P2口直接提供。 .数据总线DB为8位，由P0口直接提供。 .控制总线CB由P3口的第二功能状态和四根独立的控制线 组成。下一页返回上一页第一节 经济型

10、数控系统 2. MCS-51系列单片机常用系统扩展芯片 (1)程序存储器(ROM) 程序存储器主要是紫外线擦抹的可编程只读存储器EPROM。通常采用标准芯片，如2716 ( 2 KB x 8 )、2732 ( 4 KB x 8 )、27 64 ( 8 KB x 8 )、27128(16KB x 8)、27256(32KB x 8)和27512(64 KB x 8)等。 (2)数据存储器(RAM) 数据存储器有静态RAM和动态RAM两种。静态RAM无需刷新，但功耗大成本高;动态RAM功耗小、成本低，但须刷新。一般控制系统多采用静态RAM。目前常用的静态RAM是6116 ( 2 KB x 8)和6

11、264 ( 8 KB x 8 )、6225 6 ( 32 KB x8)等。下一页返回上一页第一节 经济型数控系统 (3) I/O扩展集成芯片 MCS-51系列单片机在数控系统的应用中，必须进行I/O口的扩展，才能满足实际应用的要求。常用的I/O接口芯片有:可编程并行接口电路8255、可编程RAM I/O扩展接口电路8155、可编程定时器/计数器8253、可编程中断控制器8259、可编程键盘/显示控制器8279、可编程通信控制器8251等。下一页返回上一页第一节 经济型数控系统 8155是一个有40条引脚的双列直插式RAM I/O/CTC扩展器件。它含有256KB的RAM，两个8位并行I/O口(

12、PA口和PB口)，一个6位并行I/O口(PC口)，一个14位二进制定时器/计数器(CTC)。两个8位并行I/O口可工作于基本输入/输出方式或选通输入/输出方式。PC口可编程为输入、输出或作为PA口和PB口的控制信号线。8155可直接和MCS-51系列单片机接口，不需要增加任何硬件逻辑。下一页返回上一页第一节 经济型数控系统 (二)MCS-51系列单片机组成的经济型数控系统 由8031单片机组成的CNC系统，其数控装置枢图如图7 -2所示。该系统按模块化设计，它主要由主控制板、CRT控制板、键盘操作板和存储控制板等组成。系统主控制板以8031为控制器，板上包含内存为816 KB的RAM(供用户输

13、入和调试加工程序用)，内存为16 KB的EPROM。若采用LED显示，则LED控制板和键盘操作板可用一块键盘/显示操作板代替，经济型数控系统常采用这种形式。下一页返回上一页第一节 经济型数控系统 从图上可以看出，系统中的RAM、EPROM、可编程I/O扩展器芯片的数据线和低8位地址线，在8031地址锁存信号输出端ALE及地址锁存器的控制下，公用一组 8031的8位总线(P0口)。高8位地址及片选信号，则由8031的另一组8位总线(P2口)结合译码器提供。因8031的外部ROM由PSEN信号选通，外部RAM和扩展I/O端口由W/ R信号选通，所以RAM与EPROM的地址可以重复。下一页返回上一页

14、第一节 经济型数控系统 8031的P1口输出环形分配脉冲信号(软件环形分配)或输出控制指令经环形分配器输出环形分配脉冲信号(硬件环形分配)，经光电隔离和驱动放大电路驱动步进电动机。8031的P3口工作在第二功能状态，完成回转刀架，主轴脉冲发生器(光电编码器)信号及外部中断控制等工作。可编程的I/O扩展芯片在监控程序控制下扫描键盘(或键盘/LED数码显示控制板)，并输出组合逻辑信号来控制主轴电动机的速度转换。 我国生产的几种典型经济型数控系统的性能及技术参数见表7-1。返回上一页第二节 FANUC数控系统 日本FANUC公司是专门从事生产数控系统及工业机器人的厂家，该公司自20世纪50年代末期生

15、产数控系统以来，已开发出40多种系列的数控系统，特别是20世纪70年代中期开发出FS5、F57系统以后，所生产的系统都是CNC系统。20世纪80年代，FANUC公司较有代表性的系统是F6和F11。目前，主要产品有F0、F15、 F18、 F21、F33等系1列。下一页返回第二节 FANUC数控系统一、结构和性能特点 1 .F6系列 采用大板结构，上面插有电源模块、存储器板等小板。该CNC系列为多微处理器控制系统，其CPU、PMC所用的CPU以及图形显示的CPU均为8086。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 2. F11系列 主板也是采用大板结构，它也是一种多微处理器控制系统，其CPU

16、为68000。在控制线路中采用下列专用大规模集成电路:BAC(总线仲裁控制器)、I/OC(输入/输出控制器)、MB87103(位置控制芯片)、OPC(操作面板控制器)以及SSU(系统支持单元)。在系统中还采用了4兆位大容量磁泡存储器、大容量I/O模块、A/D和D/A模块以及ATC(自动刀具交换装置)和APC(自动托盘交换装置)控制用定位模块。CNC系统和操作面板、I/O单元之间采用光缆连接，从而使连接简单，抗干扰能力强。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 3. F15系列 它是一种模块化、多总线结构的微处理器控制系统，也被称为AI(人工智能)CNC ,其CPU采用32位的68020。

17、F15系列共有F15-MA、 F15-TA、 F15-TF、F15-TTA及F15-TTF等六种规格，它们具有下述特点: 在插补功能上除了具有直线、圆弧、螺旋线插补外，还具有假想轴插补、极坐标插补、圆柱面插补、指数函数插补、渐开线插补及样条插补等;下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 在补偿功能方面，具有螺距误差补偿，丝杠反向间隙补偿，坡度补偿，线性度补偿以及各种刀具补偿; 在切削进给加/减速功能方面，具有插补前直线加/减速，插补后直线加/减速以及插补后钟形加/减速等; .在故障诊断方面，引进了专家系统，即采用了人工智能。该系统以知识库作依据，采用推理软件来查找故障原因。下一页返回上一页

18、第二节 FANUC数控系统 4. F0系列 这是目前在中国市场上销售量较大的一种系统，它是一种采用高速犯位微处理器的CNC。在结构上采用传统的结构方式，即在主板上插有存储器板、I/O板、轴控制模块以及电源单元。只是其主板较其他系列的主板要小得多，因此，在结构上显得非常紧凑，体积很小，FANUC公司自称它是世界上最小的系统。F0系列共有F0-MA、 F0-TA、 F0-MC、 F0-TC、F0-MD、F0-TD等多种规格。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 其中F0-MD和F0-TD是在F0-MA及F0 -TA的基础上简化而成的，所以大家也称它为简易型数控系统。F0系列数控系统具有以下特

19、点: 系统是一种小型软件固定型CNC。控制电路中采用了高速微处理器、专用LSI(大规模集成电路)、半导体存储器等，不仅系统可靠性较好，性能价格比也较高。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 为了便于系统的维修，内部具备多种自诊断功能: .微处理器不断地监视系统内部的工作状态，并能分类显示CNC内部状态一旦发生故障，报警指示灯立即发亮，并使CNC停止工作，同时在C RT上可分类显示出故障详细内容; .在CRT显示器上，可显示出从CNC输出或向CNC输入的接通、关断信号; .通过MDI(手动数据输入)可以“位”为单位接通、关断从CNC输出的接通、关断信号。下一页返回上一页第二节 FANUC数

20、控系统 可用CRT显示检查数控系统的快速送给速度、加/减速时间常数等各种参数设定值。由于采用了高速微处理器的数字式交流伺服系统，无漂流影响，实现了高速、高精度的控制。 在0系列中还有一种规格是0-PC，它是专为转塔冲床开发的高性能CNC，有下述特点: .电子器件采用表面安装的LSI及超薄型显示单元; .高性能的数字伺服系统;下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 .利用M、S、T和B代码直接加工指令，缩短了加工循环时间，提高加工效率; .超级控制功能。 它除了0系列的标准功能外，还增加了冲压功能、晶格点阵功能、多段数据加工功能和C轴控制功能等。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 5

21、. F-20系列 它是继0系列之后开发的系统，适合于一般的数控铣床和车床，它的特点是:具有高效的手动操作能力，在手动方式下具有引导功能，能用手轮操作加工圆弧、斜线，而且能将手轮操作的过程存储和再生。可提高批量加工能力。另外，数控程序也很容易用引导功能建立起来，在引导画面直接操作，很快地编制出简单加工程序。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 6. F-16/18系列及160/180系列 它是专门为工厂自动化设计的数控系统，在美国、日本、欧洲的制造业中已普遍使用。它具有以下特点: (1)采用超大规模集成电路 该系统的开发与微机芯片发展同步，采用了超大规模集成芯片，如CPU为80486，主频

22、为66MHz;机床强电的控制程序和零件加工程序存储在快闪(FLASH)存储芯片和存储器卡中。用户可方便地修改、调整PMC程序，并省却了EPROM的写入设备。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 加工程序、系统参数、机床参数均可存入存储卡，更换与操作极为方便;为了提高系统的运行速度和处理能力，采用了64位的RISC ( Reduced Instruction Sel Computer)芯片，与80486并行运行;伺服进给使用了32位数字信号处理器;除了通用芯片外，FANUC公司还开发了专用超大规模逻辑电路的芯片。如:地址译码和锁存，位置反馈信号的处理，细插补、位置误差的比较与误差的脉宽调制

23、，串行数值信号的处理与数据传送，电子手轮信号的处理等20余种，大大地提高了系统的可靠性，缩小了系统的体积。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 (2)对立体化、高密集的元件安装 上述提到的超大规模集成芯片均为表面安装方式，而全部元件均采用立体化的安装方式(FANUC公司的专利技术)。印刷电路板除主板外，均按物理功能分成小模板，根据用户的要求和系统的规模分别插在主板上，使得系统扩展容易，维修方便，简化了系统的总体设计，体积小。全部数控系统只有380 mm x 150 mm x 200 mm左右。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 (3)采用超薄型液晶显示器 它是一个8. 4in或9

24、. 5in TFT彩色液晶显示器，有4096种颜色，256种颜色同时显示，色彩丰富，清晰度高，小型化的显示器，非常适于图形显示。 (4)可靠性高 数控系统所用的元件，全部经过严格的高温存储，耐老化和筛选。印刷电路板上的元件、部件的插装、焊接及系统组装全部自动化，大部分的工作都由机器人完成。产品经温升、高压、欠压等考验，产品出了前还经过高温连续运行试验，因此产品质量可靠。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 (5)系统功能强这表现在以下两个方面: 高速、高精度。系统采了64位的RISC处理器，与80486协调工作，大大提高了数据的处理能力。另外也提高了系统的分辨率，可达0. 1 m。系统具

25、有超前预侧控制功能，可实现微小程序段(即短距离移动)的连续轮廊的高速加工，且加工误差小，适合于复杂的立体型面的模具加工; 有多种特殊曲线的插补功能。如渐开线、抛物线、指数函数曲线、圆弧螺纹、多头螺纹、变螺距螺纹、锥螺纹、端面螺纹、柱面体型槽、极坐标插补等，并有多种固定加工循环。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 (6)系统内可以集成通用微机板 可使用MS-DOS和Windows操作系统，可共享IBM微机的应用软件。在此基础上，FANUC公司还开发了MMC人机会话功能，方便了系统的操作、诊断与维修;系统具有操作历史和报警历史的记忆与显示，伺服波形图的显示，还有Help功能，该功能实际上是

26、一个用于系统维护的专家系统。当出现报警和故障时，提示操作和维修人员应采用的处理措施。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 (7)高速PMC 该PMC基本指令的执行时间为每步0. 1 s，梯图形最高可达24 000。它由一个独立的32位微处理器处理，可直接在系统的操作面板上编制梯形图，也可用PC机(如IBM)编制，然后通过串行口在CNC系统上调试PMC程序。调好的程序不必用EPROM写入器写入，可直接存入快闪存储器，另外，也可用C语言写PMC程序。FANUC公司还在此系统上开发了显示PMC程序的流程图软件。 (8)多种在机编程方法 如菜单编程、图形会话编程(Super CAP)、符号图形编

27、程( Symbolic CAP)以及示教编程。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 (9)高精度、智能型数字式交流伺服系统的应用 使伺服电动机即使在极低转速下、满负荷运行，转速脉动率也小于1%。伺服单元的伺服控制采用单独的32位数字信号处理器控制，根据现代控制理论，具有预测控制、前惯控制、电子式电流最佳控制(即HRV控制)等功能。位置脉冲编码器为每转65 536个脉冲，可用增量式或绝对式位置编码器，还可实现双位置环反馈。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 此外，智能型高效率数字式交流主轴系统的控制系统采用32位高速信号处理器控制，通过高速串行接口与CNC交换数据，它实际上也是一个

28、位置闭环控制系统，除能调节转速外，还可实现主轴径向的任意位置定位，C轴的轮廓控制，双主轴的精确同步，并具有非正常负载的检测功能，可检测出刀具的折断、磨损和加工中的负载故障。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 (10)联网功能 F-16/18系统既可单机运行，也可通过Remole buffer接口与个人计算机相连，由计算机控制加工，实现信息传递。该系统还可通过I/O Link(串行口)接多种设备，如机器人、运动控制器、强电设备等，组成柔性线的基本单元。另外，经DNC1或DNC2接口可与Cell Controlle:连接，也可接以太网，由主机控制实现车间的自动化。FANUC公司自动化工厂已

29、有多条柔性线在运行，用于自己产品的生产。而F-160/180系列是在F-16/18系列的基础上开发出来的，它提供了一个开放系统接口，如与IBM PC兼容的功能，便于用户实现具有个性化的功能。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统二、FANUC数控系统PNI C简介 简单地说，FANUC数控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动力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

30、，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。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 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，使用时应注意。 表7 -2为PMC-L和PMC-M的部分性能比较表。 下面主要以PMC-L为例进行说明。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 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: .根据机床的功能确定I/O点的分配情况; .根据机床的动作和

31、系统的要求编制梯形图; .利用系统调试梯形图; .将梯形图程序固化在ROM芯片内。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 PMC程序的工作原理可以简述为由上至下，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，应注意到在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。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 以图7-3、图7-4两个电路为例，在A触头接通以后，B、C线圈会有什么动作?如果是继电器电路，可以认为是并行控制，动作与电路的分布位置无关。图7-3、图7-4的情况相同，均为B、C先同时接通，然后B断开。如果是PMC程序，两图的情况会有所不同。在图7-3中，与继

32、电器的情况相同，B、 C先接通，然后由于C的接通而断开B。在图7-4中，按顺序执行的话，却只有C接通，因为C的接通使B线圈不能接通。在实际运用中，图7 -3中的B线圈可以用作输入信号A的上升沿脉冲信号。B的接通时间只有一个循环周期。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 PMC顺序程序按优先级别分为两部分:第一级和第二级顺序程序。划分优先级别是为了处理一些宽度窄的脉冲信号，这些信号包括紧急停止信号以及进给保持信号。第一级顺序程序每8ms执行一次，这8ms中的其他时间用来执行第二级顺序程序。如果第二级顺序程序很长的话，就必须对它进行划分，划分得到的每一部分与第一级顺序程序共同构成8ms的时间

33、段。梯形图的循环周期是指将PMC程序完整执行一次所需要的时间。循环周期等于8ms乘以第二级程序划分所得的数目，如果第一级程序很长的话，相应的循环周期也要扩展。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 在PMC顺序程序中，为了提高安全性，应该注意使用互锁处理。对于顺序程序的互锁处理是必不可少的，然而在机床电气柜中的电气电路终端的互锁也不能忽略。即使在顺序程序上使用了逻辑互锁(软件)，但当用于执行顺序程序的硬件出现问题时，互锁将失去作用。所以，在电气柜中也应提供互锁以确保机床的安全。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 PMC顺序程序的地址表明了信号的位置。这些地址包括对应机床的输入输出信

34、号和对CNC的输入/输出信号、内部继电器、计数器、保持型继电器、数据表等。每一地址由地址号(每8个信号)和位号(0到7)组成。可在符号表中输入数据表明信号名称与地址之间的关系。地址有以下种类，不同类别地址符号也不相同。如下: X:由机床至PMC的输入信号(MTPMC) ; Y:由PMC至机床的输出信号(PMCMT) ;下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 F:由NC至PMC的输入信号(CNCPMC; G:由PMC至NC的输出信号(PMCCNC); R:内部继电器; D:非易失性存储器。 FANUC 0系统提供专用操作面板，使用时面板的按键和LED(发光二极管)通过地址G、 F与PMC进行

35、通信，此时不能使用输入地址X20、X22和输出地址Y51，因为它们被面板用于对按键和LED进行扫描。另外，此时应在编辑顺序程序时的参数设定中选择使用操作面板。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 PMC的地址中有R与D，它们都是系统内部存储器，但是它们之间有所区别。R地址中的数据在断电后会丢失，在上电时其中的内容为0。而D地址中的数据断电后可以保存，因而常用来做PMC的参数或用作数据表。通常情况下，R地址区域R300R699共400字节。应注意D区域与R区域的地址范围总和也是400字节。此时在R地址内为D地址划分出一定范围。比如，给D地址定义出200个字节，那么它们的地址范围为D300D

36、499，而此时R地址的区域为R500R699。必须在编辑顺序程序时在参数设定中以D地址的数目设定。 下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 在PMC顺序程序的编制过程中，应注意到输入触头X不能用作线圈输出，系统状态输出F也不能作为线圈输出。对于输出线圈而言，输出地址不能重复，否则该地址的状态不能确定。此外，PMC的定时器指令和计数器指令都要用到5个字节的存储器地址，通常使用D地址，这些地址也只能使用一次而不能重复。另外，定时器号和计数器号也不能重复。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 PMC的指令有两类:基本指令和功能指令。基本指令只是对二进制位进行与、或、非的逻辑操作;而功能指令

37、能完成一些特定功能的操作，而且是对二进制字节或字进行操作，也可以进行数学运算。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统三、FANUC数控系统PNI C控制程序设计 FANUC系统的PMC轴控制指令都是由PMC指令控制的，而PMC指令的执行是按先进先执行的固定格式运行的。PMC控制程序设计就要按照这一规律，根据控制要求编制符合动作顺序要求的满足“先进先执行”规律的控制程序。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 (1) PMC轴的控制要求 在应用实例中，要求有4个CNC控制轴和1个固定动作的PMC轴。PMC轴的控制程序设计的控制要求如下，见图7 -5。 要求PMC轴参考点到上返向点的速度和

38、距离可用CNC程序修改; .暂停时间可用D参数修改; .往复速度和距离可用CNC程序修改; .往复速度在面板上可调。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 根据图7 -5，确定其数据传送顺序如下: 传送PMC轴零位到A点的指令(01H)、速度(Vb)和距离(Sa); 传送到达A点后的暂停指令(04H) ,暂停时间(Ta); 传送A点到B点的指令(01H)、速度(Vb)和距离(Sb); 传送到达B点后的暂停指令(04H) ,暂停时间(Tb); 传送B点到A点的速度(-Vb)和距离(-Sb); M29指令动作后，传送PMC轴回零指令。 其中，AB点之间为往复运动，M28启动往复运动，M29终止

39、其往复运动并执行回零，应用实例中暂停时间(Ta)由D参数修改。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 (2) PMC轴的指令数据传送要求 从FANUC 0MC系统的连接功能手册中可查得PMC轴的指令数据传送要求，如图7 -6所示。PMC轴的指令数据传送波形图见图7 -7。 在图7 -7中，当命令1执行完成后，数据传送如下:命令2 执行缓冲器，命令3 等待缓冲器，命令4 输入缓冲器。 命令2启动执行后，命令5可传送到CNC中。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 (3) PMC轴的指令数据接收条件 从FANUC 0MC系统的连接功能手册中可查得PMC轴的指令数据接收条件，见表7-3 。

40、 (4) PMC轴的控制程序设计 根据PMC轴的控制要求，可设计指令数据传送图，见图7 -8。“指令数据传送条件”梯形图，见图7-9。“指令数据传送时序电路”梯形图，见图7-10和“指令数据传送”梯形图(略)。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统(5) CNC控制程序下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 此设计充分使用了系统的多种功能。但必须选订aL系列小惯量电动机，以确保系统在PMC轴高速往复运动时不会产生过流(12t)报警。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统四、用于FANUC数控系统的DNC软件 1. DNC加工技术简介 早期数控机床加工程序输入方式是用穿孔纸带记载加工

41、程序，通过纸带阅读机把加工程序读入数控系统的缓冲寄存器。当时存储器技术还不完善，人们只好借助穿孔纸带记录和保存加工程序。纸带体积庞大，还要为其准备专门的阅读机装置，稍有不慎或使用多次会造成破损，导致输入错误。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 现在，存储器技术的发展已经淘汰纸带和阅读机。过去640 m纸带所记载的程序容量相当于现在256k字节的存储器，其体积仅为一个30mm x 15mm x 3mm的集成电路模块。用软件读入和读出，不占空间。用手工编制的加工程序一般都不太长，加工一个有钻、镗、铣、攻螺纹等工序的汽车变速箱长程序大约有2KB字节就够了。在256KB程序存储器的FANUC数

42、控系统里，可存储100个加工零件的程序。目前，中高档数控机床都采用了这种程序存储器方式。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 随着三轴乃至四、五轴联动功能的出现，因为靠手工是无法实现加工三维空间曲面的编程的。 CAD/CAM(计算机辅助设计/制造)软件具有三维造型和编程的功能增多。由于模具制造加工的编程都属于三维实体，必须使用这些软件进行造型和编程。计算机应用上述软件生成的加工程序都很长，少则13MB多则几十至几百兆字节。这样长的程序在FANUC数控系统没有可存放的空间，它们只能存放在另外的计算机硬盘中。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 当需要加工时，利用电缆连接计算机和数控系

43、统的RS-232C串行接口，通过DNC软件把加工程序一部分、一部分地传送给数控系统。机床运行完一部分程序后，会请求计算机再发送一部分，直到加工完成，这就是所谓的DNC加工。当然，对于基于PC机的开放式数控系统，如华中“世纪星”则可在数控系统中加接硬盘，解决长程序的存储问题，深受用户的欢迎。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 2.适用于FANUC数控系统的Cimco DNC软件 早期的DNC软件有Asia、Dik15、Qmodem、Xtalk等。由于这些软件都开发得较早，运行在DOS界面。它们的最高传送波特率大多在9 600左右。传输波特率低，直接影响到DNC的加工精度。尤其在高速、高精

44、度的加工时，要实现微小线段的高速精细加工，波特率应设置在19 200以上。这样才能减少因预读缓冲区不足或RS-232 C(计算机串行通信)传输速度过慢所造成的加工停顿现象。所以，基于DOS版本的DNC传输软件满足不了现代数控机床的加工要求。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 基于Windows操作系统的Cimco DNC传输软件具有以下几方面优点: 安装简单，目前的计算机操作系统大多数为Windows 98 、 Windows 2000等。在这些机器上安装是非常简单的，将Cimco复制到硬盘，再启动执行一次Cimco. cxc文件就可以了; 操作方便，窗口菜单式，每次操作仅需按动两、三

45、次键;下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 .数设置范围广，波特率设置最高达到25 600，几乎所有的数控系统都能使用，如在FANUC 0i、16i、18i、21i的系统上都能发挥其传愉波特率高的优势。 下面是Cimco DNC传输软件用在配置FANUC 0i-MA数控系统的立式加工中心机床上，DNC传输时的电缆连接情况及参数设置。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 (1)数控系统参数设置(FANUC 0i-MA) 下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统(2) Cimco参数设置下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 注:以上设置中/为空白。 下一页返回上一页第二节 FA

46、NUC数控系统 3. FANUC数控系统DNC接口的发展 当前，用DNC方式加工模具已经相当普及，许多用户用Cimco DNC软件取代低速率的软件来提高加工质量。为了提高加工效率而采用高速、高效的数控机床，原来需要几十个小时才能完成的工件加工，现在只需要几个小时即可完工。这些高速机床部分采用了FANUC16i/160i、 18i/180i、 21i/2101数控系统及FANUC ai系列伺服电动机。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 为了进一步提高精细高速加工的精度，在这些系统上设置了串行通信接口板，即远程遥控DNC1、DNC2。DNC1为RS-422接口，DNC2为RS-232 C接

47、口。由于在这些板上有缓冲寄存器，可解决预处理空间不足的问题。如果选用了DNC1遥控接口，Cimco DNC软件的传输波特率能达到86400。但需要增加一个转换模块，把RS-2320接口转换成RS-422接口。如果使用DNC2接口，就与RS-232 C接口的连接完全一样，Cimco DNC软件同样使用。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 另外，还有高速串行总线HSSB，而HSSB高速串行总线传输的波特率可达256 000。 HSSB高速串行总线带有两块模板，其中一块安装在数控系统的空槽上，另一块装在编程计算机上，有专门配好的光缆连接。使用HSSB高速串行总线运行DNC，可把高速精细加工提

48、升到更高的一个档次。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统五、FANUC数控系统与机床的连接和调整 1.系统与机床的连接 以FANUC 0i系统为例，其连接图如图7-11所示。图中系统输入电压为DC 42V10% ,电流约7A。伺服和主轴电动机为AC 200V(不是220 V)输入。这两个电源的通电及断电顺序是有要求的，不满足要求会出现报警或损坏驱动放大器。原则是要保证通电和断电都在数控系统的控制之下。具体时序请见FANUC 0i连接说明书(硬件)。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 伺服的连接分A型和B型，由伺服放大器上的一个短接棒控制。A型连接是将位置反馈线接到CNC系统;B型

49、连接是将其接到伺服放大器。0系统大多数用A型，但0i用B型。两种接法不能任意使用，与伺服软件有关。连接时最后一级放大器的JX1B需插上FANUC提供的短接插头，如果遗忘会出现#401报警。另外，若选用一个伺服放大器控制两个电动机，应将大电动机电枢接在M端子上，小电动机接在L端子上，否则电动机运行时会听到不正常的嗡嗡声。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 FANUC系统的伺服控制可任意使用半闭环或全闭环，只需设定闭环形式的参数和改变接线，非常简单。 主轴电动机要的控制有两种接口:模拟(DC 010 V)和数值(串行传送)输出。模拟口可连接其他公司的变频器及电动机。 用FANUC主轴电动机

50、时，主轴上的位置编码器(一般是1024条线)信号应接到主轴电动机的驱动器上(JY4口)。驱动器上的JY2是速度反馈接口，两者不能接错。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 目前使用的I/O硬件有两种:内装I/O印刷板和外部I/O模块。内装I/O板经系统总线与CPU交换信息;外部I/O模块用I/O LINK电缆与系统连接，数据传送方式采用串行格式，所以可远程连接。编梯形图时这两者的地址区是不同的，而且外部I/O模块使用前需先设定地址范围。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 为了使机床运行可靠，应注意强电和弱电信号线的走线、屏蔽及系统和机床的接地。电平在4. 5 V以下的信号线必须屏

51、蔽，屏蔽线要接地。必须遵照连接说明书中把地线分成信号地、机壳地和大地连接。另外，FANUC系统、伺服和主轴控制单元及电动机的外壳都要求接大地。为了防止电网干扰，交流的输入端必须接浪涌吸收器(线间和对地)。如果不处理这些问题，机床工作时会出现#910 , #930报警或产生不明原因的误动作。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 2.调试步骤 (1)接线 按照设计的机床电柜接线图和FANUC系统连接说明书(硬件)中绘出的接线图仔细接线。 (2)通电 通电拔掉CNC系统和伺服(包括主轴)单元的保险，给机床通电。如无故障，装上保险，给机床和系统通电。此时，系统会有#401等多种报警。这是因为系统

52、尚未输入参数，伺服和主轴控制尚未初始化。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 (3)设定参数 系统功能参数(保密参数)。这些参数是订货时用户选择的功能，系统出厂时FANUC已经设好，0C和0i数控系统不必设。但是，0D (0TD和OMD)数控系统，须根据实际机床功能设定#932#935的参数位。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 进给伺服初始化。将各进给轴使用的电动机的控制参数调入RAM区，并根据丝杠螺距和电动机与丝杠间的变速比配置CMR和DMR。设参数SVS，使显示器画面显示伺服设定屏(Servo Set) 。 0系统设参数#389/0位=0; 0i系统设参数#3111/0位=

53、1。然后在伺服设定屏上设下列各项: 初始化位置0。此时，显示器将显示P/S 000报警，其意义是要求系统关机，重新启动。但不要马上关机，因为其他参数尚未设入，应返回设定屏继续操作。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 指定电动机代码(ID )。根据被设定轴实际使用的电动机型号在“伺服电动机参数说明书”中查出其代码，设在该项内。 .AMR设0。 设定指令倍比CMR。CMR=命令当量/位置检侧当量。通常设为1。但该项要求设其值的1倍，所以设为2。 .设定柔性变速比(N/M)。根据滚珠丝杠螺距和电动机与丝杠间的降速比设定该值。计算公式如下:下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 计算中1个

54、脉冲的当量为1 m。式中的分子实际就考虑了电动机轴与丝杠间的速比。将该式约为真分数，其值即为N和M。该式适用于经常用的伺服半闭环接法，全闭环和使用分离型编码器的半闭环另有算法。 .设定电动机的转向。111表示电动机正向转动，-111为反向转动。 .设定转速反馈脉冲数。固定设为8129。 .设定位置反馈脉冲数。固定设为12500。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 设定参考计数器容量。机床回零点时要根据该值寻找编码器的一转信号以确定零点。该值等于电动机转一转的进给轴的移动脉冲数。 按上述方法对其他各轴进行设定，设定完成后系统关机并重新开机，伺服初始化完成。下一页返回上一页第二节 FANU

55、C数控系统 设定伺服参数。控制进给运动的参数，0系统为#500#595的有关参数;0i为#1200#1600的有关参数。主要包括位置增益、G00的速度、F的允许值、移动时允许的最大跟随误差、停止时允许的最大误差、加/减速时间常数，等等。参数设定不当，会产生#4X7报警。 主轴电动机的初始化。设定初始化位和电动机的代码。只有FANUC主轴电动机才进行此项操作。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 设定主轴控制的参数。设定各换挡挡次的主轴最高转速、换挡方法、主轴定向或定位的参数、模拟主轴的零漂补偿参数等。 设定系统和机床的其他有关参数。参数意义见“参数说明书”。下一页返回上一页第二节 FAN

56、UC数控系统 (4)编梯形图调试如主轴电动机转动，必须把控制指令送到主轴电动机的驱动器，MYMSIP是这一指令的控制信号，因此在梯形图中必须把它置1。 不同的数控系统使用不同形式的PMC，不同形式的PMC用不同的编程器。FANUC近期开发的PMC可以方便地用软件转换。可以用编辑卡在CNC系统上现场编制梯形图，也可以把编程软件装入计算机，编好后传送给数控系统。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 近期的系统中梯形图是存储在F-ROM中，因此编好的或传送来的梯形图应写入F-ROM，否则关机后梯形图会丢失。编梯形图最重要的一点是一个信号的持续(有效)时间和各信号的时序(信号的互锁)的关系。在A

57、NUC数控系统的连接说明书(功能)中对各控制功能的信号都有详细的时序图。调机时或以后机床运行中如发现某一功能不执行，应首先检查接线，然后检查梯形图。下一页返回上一页第二节 FANUC数控系统 调试是把数控系统的I/O控制信号与机床强电柜的继电器、开关、阀等输入/输出信号一一对应起来，实现所需机床动作与功能。为方便调试和维修，CNC系统中提供了PMC信号的诊断屏幕。在该屏上可以看到各信号的当前状态。 综上所述，调试有三个要素:接线、编梯形图和设置参数。调试中出现问题应从这三个方面着手处理，不要轻易怀疑系统。梯形图调好后应写入ROM 。 0系统用的是EPROM，所以需要专用的写入器;0i等其他系统

58、用F-ROM，只需在系统上执行写入操作即可。返回上一页第三节 SIEMENS 802D型数控系统一、802 D型数控系统简介 德国西门子公司(SIEMEN匀生产的SINUMERK 802D型数控系统是西门子公司自动化与驱动集团于1999年10月推出的，它作为一个标准的数控产品，在西门子高性能的数控系统(如810D、840D等)和经济型数控系统(如802S、802C等)之间架起了一座桥梁，从而构成了西门子数控系统较全面的解决方案。下一页返回第三节 SIEMENS 802D型数控系统 802 D型数控系统比较突出的特点是第一次在数控系统中应用了集成的现场总线PROFI-BUS接口。在此系统中，数控

59、、PLC模块、驱动装置之间所有的通信连接均通过一个PROFI-BUS接口来实现，这样大大地简化了系统的连线和安装，也提高了系统的抗干扰能力。下一页返回上一页第三节 SIEMENS 802D型数控系统 广义的802D型数控系统的组成主要有以下几个部分: .面板控制单元和全数控的键盘(OP)。这是SINUMERIK 802D数控系统(CNC)的主体部分，其包括有CNC(称之为PCU)、面板控制单元和全数控的键盘。 I/O模块PP72/48。即PLC部分，其提供了72点数字输入和48点数字输出。通过三个连接器和扁平电缆与外界信号连接，与OP通过PROFI-BUS连接。下一页返回上一页第三节 SIEM

60、ENS 802D型数控系统 .机床控制面板(MCP)。为机床操作控制面板，包括有机床操作所需的全部按钮，如工作模态选择旋钮、倍率开关、NC启动和进给保持按钮、各轴正、负点动按钮、电子手轮、相应机床动作的各控制按钮等，通过两根扁平电缆与PP72/48I/O模块相连接。下一页返回上一页第三节 SIEMENS 802D型数控系统 SIMODRIVE 611驱动系统和交流伺服电机。为 CNC的执行单元，利用西门子公司SIMODRIVE 611数字化的驱动系统来满足机床在动态响应，速度调整范围和旋转精度特性等方面的要求。它与PC U的连接也是通过PROFI-BUS接口完成的。所需的模块，如电源模块和功率