《数控机床维修与调试》-第二章

第二章数控系统的维修与调试数控系统是数控机床的核心。数控机床根据功能和性能的要求而配置不同的数控系统。数控系统种类不同，那么其性能、信号流程及故障的维修方法也就有所不同，因此，维修时应注意各类数控系统的特点。目前，在我国数控机床行业中应用较多的系统主要有：日本发那科公司的FANUC系列数控系统、德国西门子公司的SIEMENS系列数控系统、中国武汉华中数控股份有限公司开发的华中数控系统等。下一页第二章数控系统的维修与调试2.1常用数控系统简介2.2数控系统的结构与工作原理2.3数控系统的基本参数2.4数控系统的维护技术2.1常用数控系统简介2.1.1FANUC数控系统日本FANUC公司是从事数控类产品中生产最早，也最有影响的开发制造商之一。该公司自20世纪50年代开始生产数控产品以来，至今已开发生产了数十个系列的数控系统，其产品市场占有率最大。FANUC系统性能稳定，操作界面友好，各系列之间的总体结构非常类似，并具有基本统一的操作界面；FANUC系统对于电压、温度等外界条件的要求也不是特别高，因此其适应性很强，FANUCCNC常见产品一览表如图2-1所示。返回下一页2.1常用数控系统简介FANUC公司的数控系统因进入中国市场较早，是目前在国内市场上占有率最高的数控系统之一。因此，FANUC系统是数控机床上使用最广，维修中也遇到最多的系统之一。目前国内使用的主要产品系列如下。1.高可靠性、高性能价格比的0i系列这一系列主要包括FANUC0iMODELC/D、FANUC0iMateMODELC/D，其中0i-MC最大控制轴数/最大同时控制轴数为4轴/4轴，0i-MD最大控制轴数/最大同时控制轴数为5轴/4轴，其可提供最好的性能与价格比的配置、整体软件功能包，并配有高分辨率8.4ins彩色液晶显示TFTLCD，可高速、高精度加工，同时，其丰富、先进的控制功能、强大的个性化功能、丰富方便的维修功能，世界范围的技术支持等，可满足加工的基本要求，适用于小型机床及通用机床。返回下一页上一页2.1常用数控系统简介2.高可靠性、普及型CNCO-D系列0-TD用于车床，0-MC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、高可靠性CNCO-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，0一GCC用于内、外圆磨床，0-GSC用于平面磨床，0-PC用于回转头冲床，0-TTC用于双刀架4轴车床。4.经济的小型车床用高可靠性CNCPowerMate0用于2轴小型车床，以取代步进电机的伺服系统，可使普通车床经济地实现CNC化，既可配备画面清晰、操作方便、中文显示的CRT/MDI，也可配备性能与价格比好的DPL/MDI。返回下一页上一页2.1常用数控系统简介5.具有网络功能的超小型、超薄型的16i/18i/21i系列这一系列主要包括FANUCSeries16i/18i/21i一MODELB,FANUCSeries160i/180i/210i一MODELB、FANUCSeries160is/180is/210is-MODELB、FANUCSeries18i/180i/180is一MMODELBS，其中16i最大可控制8轴/6轴联动、18i最大可控制8轴/4轴联动、21i最大可控制5轴/4轴联动，控制单元与LCD集成于一体。这一系列具有最新数字伺服控制的纳米CNC、高性能PMC、开放式CNC，超高速串行数据通信等技术，适用于一般机床、中型机床及5轴加工机床等高性能机床。返回下一页上一页2.1常用数控系统简介6.适用于FA网络的位置控制的PowerMatei系列这一系列主要包括FANUCPowermatei-MODELD,FANUCPowermatei-MODELH。其中Powermatei-MD是最适合于生产线使用的2轴位置控制的CNC,Powermatei-MH适用于一般工业机械的8轴位置控制，可与上位/下位FA网络连接，具有高速、高精度数字伺服和多种设定显示装置的CNC，也适用于生产线上的传送装置以及包装机械、印刷机械等一般工业机械。返回下一页上一页2.1常用数控系统简介2.1.2SIEMENS数控系统德国SIEMENS公司是生产数控系统的世界著名厂家。20世纪70年代，SIEMENS公司生产出SINUMERIK6T、6M、7T、7M系统，80年代初期推出了SINUMERIK8T、8M、8MC系统，随后又相继推出了SINUMERIK850T、850M和850/880系统。到现在，市面上常用的数控系统有810系列、802系列、840系列等。西门子公司目前比较普及的数控系统产品结构如图2-2所示。1.SIEMENS810/820数控系统SIEMENS810/820是西门子公司在20世纪80年代中期开发的集CNC、PLC于一体的控制系统，它应用于普通车、铣、磨床的控制，该系统结构简单、体积小、可靠性高，在20世纪80年代末90年代初的数控机床上使用较广。返回下一页上一页2.1常用数控系统简介810与820的区别仅在于显示器，810为9in单色显示，系统电源为直流24V；820为12in单色或彩色显示，系统电源为交流220V，其余的硬件、软件部分完全一致。810/820最大可控制6轴(其中允许有2个作为主轴控制)、3轴联动。系统由电源、显示器、CPU板、存储器MEM/EPROM/RAM)板、I/O板、接口板、显示控制板、位控板、机箱等硬件组成。相关硬件采用了较多的大规模集成电路和专用集成电路，而且系统的模块少、整体结构简单，因此通常无需进行硬件调整和设定。系统软件方面，增加了蓝图编程、固定循环、极坐标编程、CL800语言编程等功能，这就为加工程序的编制提供了方便。返回下一页上一页2.1常用数控系统简介PLC采用SEPS语言编程，指令丰富，通过OB、PB、5B、FB等功能块为结构化编程提供了良好的环境810/820系统还具有“通道”控制功能，它可以两个通道同时工作，这就为机床设计人员提供了便利。2.SIEMENS802系列数控系统SIEMENS802系列系统包括8025、8020、802D等型号，它是西门子公司在20世纪90年代开发的集CNC、PLC于一体的经济型控制系统。系统性能价格比较高，因此比较适合于经济型、普及型车、铣、磨床的控制，所以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。返回下一页上一页2.1常用数控系统简介SIEMENS8025、8020系列是SIEMENS公司专为简易数控机床开发的经济型系统，这两种系统的区别是：8025系列采用步进电动机驱动，802C系列采用数字式交流伺服驱动系统。SIEMENS8025、8020系列系统的CNC结构完全相同，都可以进行3轴控制//3轴联动；系统带有士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(如变频器)。SIEMENS8025、8020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单色液晶显示屏。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。返回下一页上一页2.1常用数控系统简介802D与802S、802C有较大的不同，其在功能上比802S/C系统有了一定的改进与提高，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。系统可以配备OP020独立NC键盘、MCP机床操作面板，802D采用了10.4in彩色液晶显示屏，所以比8025/C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，点数比8025/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软件来完成，且调整十分方便。返回下一页上一页2.1常用数控系统简介在软件上，802D除保留了SIEMENS传统的编程功能外，主要是在以下两方面进行了改进：一个是增加了PLC程序“梯形图”显示功能，方便了维修；另一个是可以使用非SIEMENS代码指令进行编程，使系统的开放性更强。3.SIEMENS810D/840D数控系统SIEMENS810D/840D的系统结构相似，但在性能上有较大的差别。810D采用SIEMENSCCU模块，最大控制轴数为6轴，1通道工作；840D采用SIEMENNCU模块，处理器为PENTIUM或AMDK6-2或486系列。810D/840D可以在Windows环境下运行，其系统功能强大，开放性好，软件也十分丰富。返回下一页上一页2.1常用数控系统简介该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刀补等先进功能外，还可以配套ShopMill铣床、加工中心)或ShopTurn、AUTO-TURN(数控车床)图形的对话式操作、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，使开放性更强。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。该系列的NC还具有所谓的神经网络功能，可通过自学习、自优化系统，最终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。返回下一页上一页2.1常用数控系统简介2.1.3华中数控系统华中数控系统是基于通用Pc的数控装置，是武汉华中数控股份有限公司在国家“八五”“九五”计划中科技攻关的重大科技成果。华中数控系统发展为3大系列：世纪星系列、小博士系列、华中I型系列。而华中I型系列为高档高性能数控装置，为满足市场要求，开发了世纪星系列、小博士系列高性能经济型数控装置。世纪星系列采用通用原装进口的嵌入式工业PC机，彩色LCD液晶显示器，内置式PLC，可与多种伺服驱动单元配套使用；小博士系列为外配通用PC机的经济型数控装置，具有开放性好、结构紧凑、集成度高、可靠性好、性能价格比高、操作维护方便的特点。华中世纪星数控系统如图2-3所示。返回下一页上一页2.1常用数控系统简介华中数控系统是我国为数不多的具有自主版权的高性能数控系统之一。它以通用的工业PC机(IPC)和DOS、Windows操作系统为基础，采用开放式的体系结构，使华中数控系统的可靠性和质量得到了保证。它适用于多坐标(2-5轴)数控镜铣床和加工中心，在增加相应的软件模块后，也能适用于其他类型的数控机床(如数控磨床、数控车床等)以及特种加工机床(如激光加工机、线切割机等)。1997年，华中数控系统有限公司以工业PC机为硬件平台，以“PC+软件”完成全部的NC功能，并开发出“华中I型”数控系统，从而实现了国外高档系统的功能，具有优良的性能价格比，具有国际先进水平。返回下一页上一页2.1常用数控系统简介近几年来，华中数控系统有限公司相继开发出华中-2000型数控系统(HNC-2000)和华中“世纪星”系列数控系统(HNC-18i/19i,HNC-21/22,HNC-210等)的普及型、中档、高档数控系统，以及全数字交流伺服主轴系统、全数字交流伺服驱动系统等产品，以满足用户对低价格、高性能、实用、可靠的系统要求。1.“华中I型”数控系统“华中I型”数控系统是国产的高性能数控系统之一，它以通用的工业PC机为基础，采用开放式的体系结构，从而使华中I型数控系统的可靠性和质量都得到了保证，它适用于多坐标(2-5轴)数控镜铣床和加工中心。返回下一页上一页2.1常用数控系统简介在增加相应的软件模块后，它也可适用于其他类型的数控机床(数控磨床、车床、齿轮加工机床等)以及特种加工机床(激光加工机、线切割机等)。2.华中-2000型数控系统华中-2000型数控系统(HNC-2000)是在华中I型(HNC-1)高性能数控系统的基础上开发的高档数控系统。该系统采用通用工业PC机、TFT真彩色液晶显示器，它具有多轴多通道控制能力和内装式PLC，可与多种伺服驱动单元配套使用。也是适合中国国情的新一代高性能、高档数控系统。华中-2000型数控系统产品如下返回下一页上一页2.1常用数控系统简介①HNC-2000M铣床、加工中心数控系统；②HNC-2000T车床数控系统；③HNC-2000Y齿轮加工数控系统；④HNC-2000P数字化仿形加工数控系统；⑤HNC-2000L激光加工数控系统；⑥HNC-2000C五轴联动工具磨床数控系统。3.华中“世纪星”系列数控系统华中“世纪星”数控系统是在华中高性能数控系统的基础上，为满足用户对低价格、高性能、实用、可靠的系统要求而开发的数控系统。返回下一页上一页2.1常用数控系统简介华中“世纪星”系列数控系统产品如下：HNC-21/22M/T系统、HNC-18i/18xp/19xp系统、HNC-08系统等。(1)世纪星HNC-21/22数控单元“世纪星”系列数控单元(HNC-21TD、HNC-21MD、HNC-22MD)采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC，配置8.422TD、HNCin或10.4in彩色TFT液晶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-体，并采用电子盘程序存储方式以及USB,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、可靠性高等特点。主要应用于车、铣、加工中心等各类数控机床的控制。(2)世纪星HNC-18i/18xp/19xp数控单元返回下一页上一页2.1常用数控系统简介“世纪星”HNC-18i/18xp/19xp系列数控单元(HNC-18i/TD、HNC18xp/TD、HNC19xp/TD、HNC18xp/MD、HNC19xp/MD)采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC,配置5.7in单色(18i/18xp系列)/彩色(19xp系列)液晶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CF卡、DNC、以太网等程序交换功能，具有低价格、高性能、结构紧凑、易于使用、可靠性高等特点，该系列主要应用于各类车、铣数控机床的控制。(3)世纪星HNC-08数控单元简介HNC-08系统具备世纪星HNC-21系统的全部功能，并且具备高速高精加工功能，非常适合模具加工。返回上一页2.2数控系统的结构与工作原理2.2.1数控系统的结构数控系统是数控机床的核心，计算机数控系统是由硬件和软件共同作用来完成数控任务。它通过系统控制软件配合系统硬件，合理地组织、管理数控系统的输入、数据处理、插补和输出信息，控制执行部件，使数控机床按照操作者的要求，有条不紊地进行自动加工。1.数控系统的硬件组成数控系统的硬件一般由输入/输出装置(I/0、数控装置、驱动控制装置、机床电气逻辑控制装置4部分组成。其硬件结构如图2-4所示。返回下一页2.2数控系统的结构与工作原理(1)输入/输出装置输入装置将数控加工程序和其他各种控制信息输入数控装置，数控装置可以显示输入的内容和数控系统的工作状态等。磁盘驱动器、键盘和控制面板、CRT显示器等都属于输入/输出装置。(2)数控装置数控装置是数控系统的核心，它包括中央处理器(CPU)、内部存储器、I/O接口以及时钟、译码等辅助电路。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理中央处理器由运算器和控制器两部分组成。运算器是对数据进行算术和逻辑运算的部件。在运算过程中，运算器不断得到由存储器提供的数据，并将运算的中间结果送回存储器并暂时保存起来。然后控制器从存储器中依次取出组成程序的指令，经过译码后向数控系统的各部分按顺序发出执行操作的控制信号，使指令得以执行。因此，控制器是统一指挥和控制数控系统各部件的中央机构，它一方面向各个部件发出执行任务的指令，另一方面又接收执行部件发回的反馈信息，而控制器根据程序中的指令信息和这些反馈信息，决定下一步的操作指令。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理存储器用于存储系统软件和零件加工程序，并将运算的中间结果以及处理后的结果储存起来。它包括存放系统控制软件的只读存储器(ROM)和存放中间数据的随机存储器(RAM)两部分。ROM中的系统控制软件程序是由数控系统生产厂家写入的，用来完成CNC系统的各项功能。数控机床操作者将各自的加工程序存储在RAM中，供数控系统用于控制机床加工零件，RAM还可作为系统程序执行过程中的活动场所，用于堆栈、参数保存、中间运算结果保存等。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理I/0接口是中央处理器和外界联系的通路，它提供物理的连接手段，完成必要的数据格式和信号形式的转换。I/O接口按功能可分为两类：一类连接常规的输入/输出设备以实现程序的输入/输出及入机交互的界面，称之为通用的I/O接口；另一类则连接专用的控制和检测装置，实现机床的位置和工作状态的控制与检测，这也是CNC系统专有的，称之为机床控制I/O接口。(3)驱动控制装置驱动控制装置用于控制各个轴的运动，其中进给轴的位置控制部分常在数控装置中，它是以硬件位置控制模块和软件位置调节器实现，即数控装置接收实际位置反馈信号，将其与插补计算出的命令位置相比较，并通过位置调节作为轴位置控制给定量，再输出到伺服驱动系统。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理(4)机床电气逻辑控制装置机床电气逻辑控制装置接收数控装置发出的数控辅助功能控制的指令，进行机床操作面板及各种机床电器控制/监测机构的逻辑处理和监控，并为数控系统提供机床状态和有关应答信号。在现代数控系统中机床电器逻辑控制装置已普遍采用PLC，这又有内装式和外置式两种类型。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理2.数控系统的软件组成数控系统除硬件外还有软件构成，软件由系统软件和应用软件组成。系统软件是为了实现CNC系统各项功能而编制的专用软件。在系统软件的控制下，CNC装置对输入的加工程序自动进行处理并发出相应的控制指令及进给控制信号。系统软件由管理软件和控制软件组成，如图2-5所示。管理软件承担零件加工程序的输入/输出、I/O处理、系统的显示和故障诊断。控制软件则承担译码处理、刀具补偿、速度处理、插补运算、位置控制等工作。应用软件包括零件数控加工程序或其他辅助软件，如CAD/CAM软件。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理3.数控系统的硬件结构1)CNC装置的硬件结构特点CNC装置按体系结构可分为专用体系结构和开放式体系结构两大类，专用体系结构的CNC装置硬件结构又可分为单微处理器结构和多微处理器结构两类。经济型CNC装置一般采用单微处理器结构，高级型CNC装置常采用多微处理器结构。CNC装置采用了多微处理器结构，就能使数控机床向高速度、高精度和高智能化的方向发展。开放式体系结构CNC装置可扩充、可重构，还能快速适应市场需求变化，具备敏捷性。从组成CNC系统的电路板的结构特点来看，有两种常见的结构，即大板式结构和模块化结构。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理大板式结构的特点是：一个系统一般都有一块大板，称为主板，主板上装有主CPU和各轴的位置控制电路等。其他相关的子板(完成一定功能的电路板)，如ROM板、零件程序存储器板和PLC板都直接插在主板上面，组成CNC系统的核心部分。由此可见，大板式结构紧凑，体积小，可靠性高，价格低，有很高的性能价格比，也便于机床的一体化设计。大板结构虽有上述优点，但它的硬件功能不易变动，不利于组织生产。另外，一种柔性比较高的结构就是总线模块化的开放系统结构，其特点是将CPU、存储器、输入/输出控制分别做成插件板(称为硬件模块)，甚至将CPU、存储器、输入/输出控制组成独立微型计算机级的硬件模块；相应的软件也是模块结构，固化在硬件模块中。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理软硬件模块形成一个特定的功能单元，称为功能模块。功能模块间有明确定义的接口，接口是固定的，成为工了标准或工业标准，彼此可以进行信息交换。于是可以积木式组成CNC系统，使设计简单，有良好的适应性和扩展性，且试制周期短，调整维护方便，效率高。2)单微处理器结构CNC系统单微处理器结构CNC系统的基本结构包括CPU、总线、I/O接口、存储器、串行接口和CRT/MDI接口等，还包括数控系统控制单元部件和接口电路，如位置控制单元、PLC接口、主轴控制单元、速度控制单元、穿孔机和纸带阅读机接口以及其他接口等。图2-6为一种单微处理器结构的CNC系统框图。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理微处理器主要完成控制和运算两方面的任务。控制功能包括：内部控制，对零件加工程序的输入/输出控制，对机床加工现场状态信息的记忆控制等。运算任务是完成一系列的数据处理工作，其中包括译码、刀补计算、运动轨迹计算、插补运算和位置控制的给定值与反馈值的比较运算等。在经济型CNC系统中，常采用8位微处理器芯片或8位、16位的单片机芯片。中、高档的CNC通常采用16位、32位甚至64位的微处理器芯片。在单微处理器的CNC系统中通常采用总线结构。总线是微处理器赖以工作的物理导线，按其功能可以分为3组总线，即数据总线(DBE、地址总线(AD)、控制总线(CB)。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理CNC装置中的存储器包括ROM和RAM两种。CNC装置中的位置控制单元主要对机床进给运动的坐标轴位置进行控制，位置控制的硬件一般采用大规模专用集成电路位置控制芯片或控制模板实现。CNC接受指令信息的输入有多种形式，如磁盘、U盘、计算机通信接口等形式，以及利用数控面板上的键盘操作的手动数据输入(MDI)和机床操作面板上手动按钮、开关量信息的输入。所有这些输入都要有相应的接口来实现。而CNC的输出也有多种，如程序的输出、字符与图形显示的CRT输出、位置伺服控制和机床强电控制指令的输出等，这同样要有相应的接口来执行。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理单微处理器结构CNC装置的特点是：CNC的所有功能都是通过一个CPU进行集中控制、分时处理来实现的；该CPU通过总线与存储器、I/0控制元件等各种接口电路相连，构成了CNC的硬件；结构简单，易于实现；由于只有一个CPU的控制，功能受字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制。3)多微处理器结构CNC装置多微处理器结构CNC装置是指在CNC装置中有两个或两个以上的CPU能控制系统总线或主存储器进行工作的系统结构。该结构有紧耦合和松耦合两种形式。紧耦合是指两个或两个以上的CPU构成的处理部件之间采用紧耦合(相关性强)，其中有集中的操作系统，共享资源。松耦合是指两个或两个以上的CPU构成的功能模块之间采用松耦合(相关性弱或具有相对的独立性)，有多重操作系统实现并行处理。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理现代的CNC装置大多采用多微处理器结构。在这种结构中，每个CPU完成系统中规定的一部分功能，独立执行程序，它与单微处理器结构相比，提高了计算机的处理速度。多微处理器结构的CNC系统采用模块化设计，将软件和硬件模块形成一定的功能模块。模块间有明确的符合工业标准的接口，彼此间可以进行信息交换。这样可以形成模块化结构，同时缩短了设计制造周期，并且具有良好的适应性和扩展性，结构紧凑。多微处理器的CNC系统由于每个CPU分管各自的任务，形成若干个模块，如果某个模块出了故障，其他模块仍然可以照常工作。并且插件模块更换方便，可以使故障对系统的影响减少到最小程度，提高了可靠性。性能价格比高，适合于多轴控制、高进给速度、高精度的数控机床。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理多微处理器CNC装置的典型结构有共享总线结构和共享存储器结构两种。(1)共享总线结构在这种结构的CNC装置中，只有主模块有权控制系统总线，且在某一时刻只能有一个主模块占有总线，如有多个主模块同时请求使用总线会产生总线竞争问题。共享总线结构的各模块之间的通信，主要依靠存储器实现，其采用公共存储器的方式。公共存储器直接插在系统总线上，有总线使用权的主模块都能访问，由此便可供任意两个主模块交换信息。其结构如图2-7所示。(2)共享存储器结构返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理在该结构中，采用多端口存储器来实现各CPU之间的互联和通信，每个端口都配有一套数据、地址、控制线，以供端口访问，由多端控制逻辑电路解决访问冲突，如图2-8所示。当CNC系统功能要求CPU数量增多时，就会因争用共享存储器而造成信息传输的阻塞，降低系统的效率，造成扩展功能困难。4.数控系统的软件结构1)CNC装置的软件结构特点CNC系统是一个专用的实时多任务计算机控制系统，它的控制软件也采用了计算机软件技术中的许多先进技术。其中多任务并行处理和多重实时中断两项技术的运用是CNC装置软件结构的特点。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理(1)CNC系统的多任务并行处理CNC系统作为一个独立的过程数字控制器应用于工业自动化生产中，其多任务性表现在它的系统软件必须完成管理和控制两大任务。其中系统管理包括输入、I/0处理、通信、显示、诊断以及加工程序的编制管理等程序。系统的控制部分包括译码、刀具补偿、速度处理、插补和位置控制等程序，如图2-9(a)所示。并行处理是指计算机在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不相同的工作。CNC装置在许多情况下，管理和控制的某些工作必须同时进行。例如，为了便于操作人员能及时掌握CNC的工作状态，管理软件中的显示模块必须与控制模块同时运行；当CNC处于NC工作方式时，管理软件中的零件程序输入模块必须与控制软件同时运行。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理而控制软件运行时，其中一些处理模块也必须同时进行。例如，为了保证加工过程的连续性，即刀具在各程序段间不停刀，译码、刀补和速度处理模块必须与插补模块同时运行，而插补又必须要与位置控制同时进行等，这种任务并行处理关系如图2-9(b)所示。并行处理的优点是提高了运行速度。(2)CNC系统的多重买时中断CNC系统软件结构的另一个特点就是实时中断处理。CNC系统程序以零件加工为对象，每个程序段中有许多子程序，它们按照预定的顺序反复执行，各个步骤间关系十分密切。有许多子程序的实时性很强，这就决定了中断成为整个系统不可缺少的重要组成部分。CNC系统的中断管理主要由硬件完成，而系统的中断结构也决定了软件结构。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理2)CNC系统的软件结构所谓软件结构是指系统软件的组织管理模式，即系统任务的划分方式、任务调度机制、任务间的信息交换机制以及系统集成方法等。软件结构主要解决如何组织和协调各个任务的执行，使之满足一定的时序配合要求和逻辑关系，以控制CNC装置按给定的要求而有条不紊地运行。CNC系统最常用的软件结构有两种模式：前后台型软件结构和中断型软件结构。(1)前后台型软件结构前后台型软件结构适合于采用集中控制的单微处理器的CNC装置。在这种软件结构中，将CNC系统软件划分成两部分：前台程序和后台程序。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理前台程序是一个实时中断服务程序，它承担了几乎全部实时的功能，实现与机床动作直接相关的功能，如插补运算、位置控制、机床I/0控制和软硬件故障处理等实时性很强的任务，它们由不同优先级的实时中断服务程序处理。后台程序(或称背景程序)则完成显示、零件程序的输入/输出、人机界面管理(参数设置、程序编辑、文件管理等)和插补预处理(译码、刀补处理、速度预处理)等弱实时性的任务，它们被安排在一个循环往复执行的程序环内。在后台程序运行的过程中，前台实时中断程序不断插入，而后台程序按一定的协议通过信息交换缓冲区向前台程序发送数据，同时前台程序向后台程序提供显示数据及系统运行状态。前后台程序相互配合，共同完成零件加工任务。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理在背景程序循环运行的过程中，前台的实时中断程序不断定时插入，二者密切配合，共同完成零件加工任务。前后台型软件结构中实时中断程序与后台程序的关系如图2-10所示。程序一经启动，经过一段初始化程序后便进入后台程序循环。同时开放定时中断，每隔一定的时间间隔发生一次中断，执行一次实时中断服务程序。执行完毕后返回后台程序，如此循环往复，共同完成数控加工的全部功能前后台型软件结构的任务调度机制是优先抢占调度和顺序调度。前台程序的调度是优先抢占式，后台程序的调度是顺序调度式。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理前后台型软件结构虽然具有实现简单的优点，但其缺点是由于后台程序循环执行，程序模块间的依赖关系复杂，功能扩展困难，协调性差，程序运行时资源不能得到合理协调，因而实时性较差。例如，当插补运算没有预处理数据时，而后台程序正在运行图形显示，这就使插补程序处于等待(空插补)状态，而只有当图形显示处理完后，CPU才进行插补准备。当等到插补预处理缓冲区中有写好的数据时，插补程序已等待了整整一个后台程序循环周期。因此该结构仅适用于单微处理器数控装置。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理(2)中断型软件结构中断型软件结构没有前后台之分，其特点是除了初始化程序之外，整个系统软件的各种任务模块按轻重缓急分别安排在不同级别的中断服务程序中。整个软件就是一个大的中断系统，由中断管理系统(由硬件和软件组成)对各级中断服务程序按照中断优先级的高低实施调度管理，中断型软件结构如图2-11所示。中断型软件结构的任务调度机制是优先抢占调度。各级中断服务程序之间的信息交换是通过缓冲区来进行的。由于系统的中断级别较多(最多可达8级)，可将强实时性任务安排在优先级较高的中断服务程序中，因此这类系统的实时性很好。但由于模块间的关系复杂，耦合度大，固不利于对系统的维护和扩充。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理5.典型数控系统的结构1)FANUC0i数控系统FANUC0i系统与FANUC16i/18i/21i等系统的结构相似，均为模块化结构。0i的主CPU板上除了主CPU及外围电路之外，还集成了FROM和SRAM模块、PMC控制模块、存储器和主轴模块、伺服模块等，其集成度较FANUC0系统(FANUC0系统为大板结构)的集成度更高，因此0i控制单元的体积更小。图2-12所示为FANUC0i的系统配置。(1)显示器系统的显示器可接CRT或LCD(液晶)，可以是单色也可以是彩色。用光缆与LCD连接。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理(2)进给伺服经FANUC串行伺服总线FSSB，用一条光缆与多个进给伺服放大器(

i系列)相连，放大器有单轴型和多轴型。多轴型放大器最多可接一个小容量的伺服电机，从而减小电柜的尺寸。放大器本身是逆变器和功率放大器，位置控制部分存CNC单元内。进给伺服电动机使用

i系列。最多可接4个进给轴电机。伺服电动机上装有脉冲编码器，编码器既可用作速度反馈，又可用作位置反馈。系统支持外接(分离型)编码器(如装在滚珠丝杠的某一侧)的半闭环控制和使用直线光栅尺(装在工作台上)的全闭环控制。分离型位置检测器的接口有并行口(A/B相脉冲)和串行口两种。位置检测器无论用回转式编码器还是用直线尺均可用增量式或绝对式。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理(3)主轴电机控制主轴电机控制有两种接口。一种是模拟接口，CNC根据编程的主轴速度值输出0～10V模拟电压，可使用市售的变频器及相配的主轴电动机；另一种接口是串行口，此时，CNC将主轴电动机的转数值通过该口以二进制数据的形式输出给主轴电机的驱动器。因为是串行数据传送，故接线少、抗干扰性强、可靠性高、传输速率高。串行口只能用FANUC主轴驱动器和由系列的主轴电动机。FANUC主轴电动机上装有磁性传感器，用做速度反馈。另外在切螺纹，刚性攻丝，CS轴轮廓控制或主轴定位、定向时需要在主轴上装位置编码器。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理(4)机床强电的I/O接口0i-B的I/O口用的是I/0Link口。I/0Link是符合日本JPCN-1标准的现场网路。经由该口可实时地控制CNC的外部机械或I/O点，其传输速度相当高。在0i-B上有两种I/0Link口硬件。①CNC单元内的I/O板上有96点输入，64点输出。对于机床上的一般I/0点控制(如M功能、T功能等)，用这块板可满足中小型加工中心或车床的要求。②I/0模块。最多可连1024个输入点和1024个输出点。因此这种模块除用于上述机床的普通I/O点控制外，多用于生产线上，控制连接于现场网路的多个外部机械，与其他CNC设备共享这些资源。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理为了方便用户，FANUC设计了标准的机床操作面板，用户可以选用。面板上有急停按钮和速度倍率波段开关，并留有用户自己可定义的空自键。面板用I/OLink口与CNC单元连接。(5)I/OLinkβ伺服。为了驱动外部机械(如换刀、交换工作台、上下料等)，可以使用经I/OLink口连接的β伺服放大器驱动的β伺服电动机，最多可接7台。(6)网络接口。经该口可连接到车间或工了的主控计算机。FANUC开发了相应软件可将CNC侧的各种信息(加工程序、位置、参数、刀偏量、运行状态、报警、诊断信号、梯形图等)传送至主机并在其上显示。(7)数据输入/输出口。0i-B有RS-23C和PCMCIA口。经RS-232C可与计算机等连接，在PCMCIA口中可插ATA存储卡。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理2)系统连接FAUNC0i系统的系统控制单元接口示意图如图2-13所示。FAUNC0i系统连接图如图2-14所示，系统输入电压为DD42(1士10%)V电流，约7A。伺服和主轴电动机为AC200V(不足220V)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CNC的控制之下。其他系统的系统电源和伺服电源均为AC200V输入。伺服的连接分A型和B型，由伺服放大器上的一个短接捧控制。A型连接是将位置反馈线接到CNC系统，B型连接是将其接到伺服放大器。0i和近期开发的系统用B型，0系统大多数用A型。两种接法不能任意使用，与伺服软件有关。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理连接时最后的放大器的JX1B需插上FAUNC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。FANUC系统的伺服控制可任意使用半闭环或全闭环，而这只需设定闭环形式的参数和改变接线，非常简单。主轴电动机的控制接口有两种：模拟(DC0～10V)和数值(串行传送)输出，模拟口需用其他公司的变频器及电动机。用FANUC主轴电动机时。主轴上的位置编码器信号线(一般是1024条线)应接到主轴电动机的驱动器上(JY4)。驱动器上的JY2是速度反馈接口，两者不能接错。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理目前使用的I/O硬件有两种：内装I/O印制电路板和外部I/O模块。I/O板经系统总线与CPU交换信息；I/O模块用I/OLink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I/O模块使用前需首先设定地址范围。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4.5V以下的信号线必须屏蔽，屏蔽线要接地。连接说明书中把地线分成信号地、机壳地和大地，请遵照说明执行连接。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。为了防止电网的干扰，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，机床工作时则会出现#910、#930报警或不明原因的误动作。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理6.SINUMERIK840D系统SINUMERIK840D是由数控及驱动单元CCU(CompactControlUnit)或NCU(NumericalControlUnit)、人机界面MMC(ManMachineCommunication)、可编程控制器PLC模块三部分组成。由于在集成系统时，总是将驱动单元SIMODRIVE611D和数控单元(CCU或NCU)并排放在一起，并用设备总线互相连接，因此在说明时可将两者划归一处)840D数控系统基本配置如图2-15所示)。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理(1)数控及驱动单元①数控单元NCU。SINUMERIK840D的数控单元被称为NCU单元，负责NC所有的功能、机床的逻辑控制，还有和MMC的通信等功能。它由一个COMCPU板、一个PLCCPU板和一个DRIVE板组成。根据选用硬件，如CPU芯片等和功能配置的不同，NCU分为NCU561.2、NCU571.2、NCU572.2、NCU573.2(12轴)、NCU573.2(31轴)等若干种，而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、RS-232接口、手轮及测量接口、PCMCIA卡插槽等。所不同的是NCU单元很薄，其所有的驱动模块均排列在其右侧，如图2-16所示。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理②数字驱动。SINUMERIK840D配置的驱动一般部采用SIMODRIVE611D，它包括两部分：电源模块和驱动模块(也称功率模块)。电源模块主要为NC和驱动装置提供控制和动力电源，产生母线电压，同时监测电源和模块状态。根据容量不同，凡小于15KW均不带馈入装置，记为U/E电源模块；凡大于15KW均需带馈入装置，记为I/RF电源模块，通过模块上的订货号或标记即可识别。611D数字驱动是新一代数字控制总线驱动的交流驱动，它分为双轴模块和单轴模块两种，相应的进给伺服电机可采用1FT6或者1FK6系列。编码器信号为1VP-P正弦波，可实现全闭环控制。而主轴伺服电机为1PH7系列。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理(2)人机交换界面人机交换界面负责NC数据的输入和显示，完成数控系统和操作者之间的交互，它由MMC和操作面板OP(OperationPanel)组成。MMC包括：OP单元MMC、机床控制面板MCP(MachineControlPanel)3部分，MMC实际上就是一台计算机，它有自己独立的CPU，还可以带硬盘，带软驱.OP单元正是这台计算机的显示器，而西门子MMC的控制软件也在这台计算机中。①MMC。最常用的MMC有两种：MMCC100.2和MMC103，其中MMC100.2的CPU为486，不能带硬盘；而MMC103的CPU为奔腾，可以带硬盘。一般地，用户为SINUMERIK810D系统配MMC100.2，而为SINUMERIK840D配MMC103。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理PCU(PCUNIT)是专门为配合西门子最新的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、OP15等而开发的MMC模块。目前有三种PCU模块——PCU20、PCU50、PCU70。PCU20对应于MMC100.2，不带硬盘，但可以带软驱；PCU5O、PCU70对应于MMC103，可以带硬盘。与MMC不同的是：PCU50的软件是基于WINDOWSNT的。PCU的软件被称作HMI，它分为两种：嵌入式HMI和高级HMI。一般标准供货时，PCU20装载的是嵌入式HMI，而PCU50和PCU70则装载高级HMI.②OP。OP单元一般包括一个10.4inTFT显示屏和一个NC键盘。根据用户不同的要求，西门子为用户选配不同的OP单元，如OPO10、OPOl0C、OPO30、OPO31、OPO32、OPO32S等，如图2-17所示。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理③MCP。MCP是专门为数控机床而配置的，它也是OPI(OperatorPanelInterface)上的一个节点，根据应用场合不同，其布局也不同。目前，有车床板MCP和铣床板MCP两种。对于SINUMERIK840D应用了MPI(MultipleP0intInterface)总线技术，传输速率为187.5KB/s，OP单元是这个总线构成的网络中的一个节点。对810D和840D，MCP的MPI地址分别为14和6，用MCP后面的53开关设定。为提高人机交互的效率，又有OPI总线，它的传输速率为1.5MB/s。(3)PLC模块SINUMERIK840D系统的PLC部分使用的是西门子SIMATIC57-300的软件及模块，在同一条导轨上从左到右依次为电源模块、接口模块和信号模块，如图2-18所示。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理电源模块(PS是为PLC和NC提供+24V和+5V电源。接口模块(IM)是用于各级之间互连的。信号模块(SM)是机床PLC的输入/输出模块，包括输入型和输出型两种。SINUMERIK840D系统连接图如图2-19所示。7.华中世纪星HNC-21数控系统“世纪星”系列数控系统(HNC-21/22T,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8.4in或10.4in彩色LCD显示屏和通用工程面板，又集成进给轴接口、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件,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。主要应用于车床、铣床、加工中心等各类数控机床的控制。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理(1)华中世纪星HNC-21数控系统配置华中世纪星HNC-21数控系统配置如图2-20所示。①NC键盘。NC键盘包括精简型MDI键盘和F1～F10十个功能键，标准化的字母数字式MDI键盘介于显示器和急停按钮之间，其中的大部分键具有上档键功能。当Upper键有效时指示灯亮输入的是上档键。NC键盘用于零件程序的编制参数、输入MDI及系统管理操作等。②机床控制面板MCP。标准机床控制面板的大部分按键(除急停按钮外)位于操作台的下部，急停按钮位于操作台的右上角，如图2-21(a)所示。机床控制面板用于直接控制机床的动作或加工过程。操作台的左上部为7.5in彩色LCD显示器(分辨率为640×480，用于汉字菜单、系统状态、故障报警的显示器和加工轨迹的图形仿真。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理③手持单元。手持单元由手摇脉冲发生器、坐标轴选择开关组成，用于手摇方式增量进给坐标轴，手持单元的结构如图2-21(b)所示。(2)华中世纪星HNC-21数控系统体系结构华中世纪星HNC-21数控系统体系结构如图2-22所示。(3)华中世纪星HNC-21数控系统接口中世纪星HNC-21数控系统与外围设备的连接如图2-23所示。华中世纪星HNC-21数控系统所有接口如图2-24所示。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理2.2.2数控系统的工作原理CNC装置的工作原理是它通过各种输入方式，接收机床加工零件的各种数据信息，经过CNC装置译码，再进行计算机的处理、运算，然后将各个坐标轴的分量送到各控制轴的驱动电路，经过转换、放大去驱动伺服电动机，可以带动各轴运动，并进行实时位置反馈控制。1)CNC装置的工作过程(1)输入输入CNC装置的有零件程序、控制参数和补偿量等数据。输入的形式有光电阅读机输入、键盘输入、磁盘输入、连接上级计算机的DNC接口输入、网络输入。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理从CNC装置工作方式看，有存储工作方式输入和手工直接输入(ManualDirectInput,MDI)两种工作方式。CNC装置在输入过程中通常还要完成无效码删除、代码校验和代码转换等工作。(2)译码不论系统工作处在MDI方式还是存储器方式，都是将零件程序以一个程序段为单位进行处理，并把其中的各种零件轮廓信息(如起点、终点、直线或圆弧等)、加工速度信息(F代码)和其他辅助信息(M、S、T代码等)按照一定的语法规则解释成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用单元。在译码过程中，还需要完成对程序段的语法检查，若发现语法错误便立即报警。(3)刀具补偿刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理通常CNC装置的零件程序以零件轮廓轨迹编程，刀具补偿作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具的中心轨迹。目前在比较好的CNC装置中，刀具补偿的工件还包括程序段之间的自动转接和过切削判别，这就是所谓的C刀具补偿。(4)进给速度处理编程所给的刀具移动速度，是在各坐标的合成方向上的速度。速度处理首先要做的工作是根据合成速度来计算各运动坐标的分速度。在有些CNC装置中，对于机床允许的最低速度和最高速度的限制、软件的自动加减速等也在这里处理。(5)插补插补的任务是在一条给定起点和终点的曲线上进行“数据点的密化”。插补程序在每个插补周期运行一次，并在每个插补周期内，根据指令进给速度计算出一个微小的直线数据段。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理通常，经过若干次插补周期后，再插补加工完一个程序段轨迹，即完成从程序段起点到终点的“数据点密化”工作。(6)位置控制位置控制处在伺服回路的位置环上，这部分工作可以由软件来实现，也可以由硬件来完成。它的主要任务是在每个采样周期内，将理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制伺服电机。并在位置控制中通常还要完成位置回路的增益调整、各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，以提高机床的定位精度。(7)I/O处理I/O处理主要处理CNC装置面板开关信号、机床电气信号的输入、输出和控制(如换刀、换挡、冷却等)。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理(8)显示CNC装置的显示主要是为操作者提供方便，通常用于零件的程序显示、参数显示、刀具位置显示、机床状态显示、报警显示等。有些CNC装置还有刀具加工轨迹的静态和动态图形显示。(9)诊断现代CNC装置都具有联机和脱机诊断的能力。联机诊断是指CNC装置中的自诊断程序，可以随时检查不正确的事件。脱机诊断是指系统运转条件下的诊断，一般CNC装置配备有各种脱机诊断程序以检查存储器、外同设备(CRT)、I/PO接口等。脱机诊断还可以采用远程通信方式进行，即所谓的远程诊断，把用户的CNC通过网络与远程通信诊断中心的计算机相连接，并对CNC装置进行诊断、故障定位和修复。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理2)数控系统的功能CNC装置采用微处理器以后，实际上就是一台专用微型计算机，通过软件可以实现很多功能。数控装置有多种系列，性能各异，选用时要仔细考虑其功能。数控装置的功能通常包括基本功能和选择功能。基本功能是数控系统必备的功能，选择功能是指可供用户根据机床的特点和用途进行选择的功能。CNC装置的功能主要反映在准备功能G指令代码和辅助功能M指令代码上。根据数控机床的类型、用途、档次的高低，CNC装置的功能有很大的不同。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理(1)控制轴数和联动轴数CNC装置能控制的轴数以及能同时控制(即联动)轴数是主要性能之一。控制轴包括移动轴和回转轴，基本轴和附加轴，联动轴可以完成轮廓轨迹加工。一般数控车床只需2轴控制/2轴联动；一般铣床需要3轴控制，2轴半坐标控制/3轴联动；一般加工中心为多轴控制3轴联动。控制轴数越多，特别是同时控制的轴数越多,CNC装置的功能越强；同时，CNC装置就越复杂，其编制程序也越困难。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理(2)准备功能准备功能也称G功能，它是用来指令机床动作方式，其中包括基本移动、程序暂停、平面选择、坐标设定、刀具补偿、基准点返回、固定循环、公英制转换等。用字母G与数字组合来表示。G代码有模态指令(指令G代码直到出现同一组的其他G代码时，保持有效，即续效)和非模态指令(仅在指令的程序段内有效)两种模式。(3)插补功能CNC装置通过软件插补，特别是数据采样插补是当前的主要方法。插补计算实时性很强，现在有采用高速微处理器的一级插补，以及粗插补和精插补分开的二级插补。一般数控装置都有直线和圆弧插补，高档数控装置还具有抛物线插补、螺旋线插补、极坐标插补、正弦插补、样条插补等功能。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理(4)主轴速度功能主轴转速的编程方式一般用5和数字表示，单位为：/min，如5350。另外数控机床恒线速度切削和主轴定向准停功能也是用5和数字表示，例如，G96-5200单位为mm/min；M19-S100单位为r/min。(5)进给功能进给功能用F代码直接指令各轴的进给速度。例如，快速进给速度一般为进给速度的最高速度，它通过参数设定，用G00指令执行快速；切削进给速度的一般单位有mm/min和mm/r，可以通过倍率开关来调节，这样在加工过程中不需要修改程序就可以改变进给速度。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理(6)补偿功能数控机床编程补偿功能主要是指刀具半径补偿(G40、G41、G42)和刀具长度补偿功能(O490、G43、G44)另外数控机床工艺量的补偿包括坐标轴的反向间隙补偿；进给传动件的传动误差补偿，如丝杠螺距补偿，进给齿条齿距误差补偿；机件的温度变形补偿等。(7)固定循环功能用数控机床加工零件，一些典型的加工工序，如钻孔、攻螺纹、镜孔、深孔钻削、切螺纹等，其所需完成的动作循环十分典型，将这些典型动作预先编好程序并存储在内存中，用G代码进行指令，即为固定循环指令。可见，使用固定循环指令可以简化编程。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理(8)辅助功能辅助功能是数控加工不可缺少的辅助操作，一般从M00～M99共100种。各种型号的数控装置具有的辅助功能差别很大，而且有许多是自定义的。常用的辅助功能有程序停、主轴正/反转、冷却液接通和断开、换刀等。(9)通信、字符图形显示功能一般的CNC装置可以接多种输入、输出外设，实现程序和参数的输入、输出和存储。CNC装置与外部设备通信采用RS-2320接口连接。CNC装置可配置不同尺寸的单色或彩色CRT显示器，并通过软件和接口实现字符、图形显示。可以显示程序、机床参数、各种补偿量、坐标位置、故障信息、人机对话编程菜单、零件图形、动态刀具模拟轨迹等。返回下一页上一页2.2数控系统的结构与工作原理(10)自诊断功能CNC装置中设置了各种诊断程序，可以防止故障的发生或扩大。而且在故障出现后可迅速查明故障类型及部位，以减少故障停机时间。不同的CNC装置设置的诊断程序不同，可以包含在系统程序中，而在系统运行过程中进行检查和诊断。它也可作为服务性程序，在系统运行前或故障停机后进行诊断，查找故障部位。有的CNC装置可以进行远程通信诊断。总之，CNC数控装置的功能多种多样，而且随着技术的发展，功能越来越丰富，其中控制功能、插补功能、准备功能、主轴功能、进给功能、辅助功能等属于基本功能，而补偿功能、固定循环功能、图形显示功能、通信功能、网络功能等则属于选择功能。返回上一页2.3数控系统的基本参数2.3.1概述1.参数的概念数控系统的参数完成数控系统与机床结构和机床各种功能的匹配，主要用来设定CNC数控机床及辅助设备的规格和内容，以及加工操作中所必需的一些数据。机床厂家在制造机床和用户在使用的过程中，可以通过参数的设定，来实现对伺服驱动、加工条件、机床坐标、操作功能、数据传输等方面的设定和调用。若参数设定不对，则可能对机床及数控系统的运行产生不良影响。所以对参数的更改要谨慎，必须先要了解清楚该参数的意义及功能后才能进行修改。返回下一页2.3数控系统的基本参数2.数控系统参数类型(1)按参数的表示形式来划分①状态型参数。它是指在每项参数的8位二进制数位中，每一位都表示了一种独立状态或者是某种功能的有无。②比率型参数。它是指某项参数设置的某几位所表示的数值都是某种参量的比例系数。③真实值参数。它表示某项参数是直接表示系统某个参数的真实值。这类参数的设定范围一般是规定好的，用户在使用时一定要注意其所表示的范围，以免造成设定的参数值超出范围值。返回下一页上一页2.3数控系统的基本参数(2)按机床参数的性质来划分①普通型参数。它是指数控系统的生产了在各类公开发行的资料中所提供的参数，对参数都有明确的含义及规定，或详细的说明。②秘密级参数。它是指数控系统的生产厂家在各类公开发行的资料中所提供的参数说明中，均对一些参数不做介绍，而只是在随机床所附带的参数表中有初始的设定值，所以用户搞不清其具体的含义。如果这类参数发生改变，用户将不知所措。返回下一页上一页2.3数控系统的基本参数(3)按参数的表示功能来划分参数在数控系统中按一定的功能组进行分类，主要有：SETTING参数、RS-2320参数、伺服控制轴参数、坐标系参数、行程限位参数、进给与伺服电机参数、DI/DO参数、显示和编辑参数、编程参数、螺距误差补偿参数、刀具补偿参数、主轴参数等等，如表2-1所示。返回下一页上一页2.3数控系统的基本参数2.3.2FANUC数控系统的基本参数1.FANUC系统的参数数据类型FANUC系统的参数根据数据的形式大致可分为位型和字型，其中位型又分为位型和位轴型，字型又分为字节型、字节轴型、字型、字轴型、双字型、双字轴型。其中轴型参数允许对每个轴分别设定参数。对于位型和位轴型参数，每个数据由8位组成，每个位都有不同的意义，可单独设置为“0”或“1”。不同数据类型的数据有效输入范围，如表2-2所列。2.系统参数操作(1)系统参数画面的显示和调出①按MDI面板上的功能键SYSTEM数次后，或者按功能键SYSTEM一次后再按软键【PARAM】选择参数画面，如图2-25所示。返回下一页上一页2.3数控系统的基本参数②参数画面由多页组成。通过两种方法选择需要显示的参数所在的页面。·用翻页键或光标移动键，以显示需要的页面。·从键盘输入想显示的参数号，然后按软键【NO.SRH】。这样即可显示包括指定参数所在的页面，使光标同时处于指定参数位置(数据部分变成反转文字显示)。(2)系统参数设定按下列步骤设定参数：①将CNC置于MDI模式，或按下急停按钮。②按功能键OFS/SET数次后，或者按功能键OFS/SET一次后再按软键【SETTING】，可显示SETTING画面的第一页，如图2-26所示。返回下一页上一页2.3数控系统的基本参数按软键【ON：1】或输入1，再按软键【INPUT】，使PARAMETERWRITE=1。这样参数处于可写入状态，同时CNC发生P/S报警100(允许参数写入)。③按功能键SYSTEM数次后，或者按功能键SYSTEM一次后再按软键【PARAMS】,显示参数画面。(参照“参数的显示”)④显示包含需要设定的参数的画面，将光标置于需要设定的参数位置上。(参照“参数的显示”)⑤输入数据，然后按【INPUT】软键。输入的数据将被设定到光标指定的参数中。如希望从选择的参数号开始连续地输入数据时，可以在数据和数据之间用“;”分隔进行输入。例如，用按键输入10;20;30;40再按软键【INPUT】时，从光标所在位置的参数开始，按顺序设定10,20,30,40。返回下一页上一页2.3数控系统的基本参数⑥若需要则重复步骤④和⑤。⑦参数设定完毕。使设定画面PARAMETERWRITE=0，禁止参数设定。⑧复位CNC，解除P/S报警100。有的参数修改完后会立即生效，但有的参数改完后，有时会出现P/S报警000(需切断电源)，此时请关掉电源再开机。(3)系统参数的存储备份和恢复在数控机床正常时就应做好系统参数的备份，在机床出现故障时就可以很方便地将参数恢复正常。数据的存储备份可以采用以下方法，而在数据恢复时正好做相反的操作。①人工抄录参数清单。返回下一页上一页2.3数控系统的基本参数②使用存储卡。③利用串行通讯，将参数传入计算机。3.参数设定帮助在MDI操作面板上按SYSTEM键，直到显示如图2-27所示的参数设定帮助画面。在此画面中可实现系统相关参数的快速设置。4.操作监控显示画面在操作监控显示画面中，可以对伺服轴的负荷、串行主轴的负荷和转速，以及加工条件进行监控。在这个画面中，可以了解到整个数控系统基本的运行情况。操作监控显示画面的操作方法如下：返回下一页上一页2.3数控系统的基本参数①检查参数3111#5(OPM)是否已置1，否则无法打开操作监控显示功能；②在MDI操作面板上按POS键，选择位置显示画面；③连续按菜单软件【】直到显示有软键[MONI]画面；④按下软键[MONI],显示操作监控画面如图2-28所示。在操作监控画面中，可以查看到以下5个方面的内容：①X：第一个伺服电动机载荷表，轴号可由参数3151设定(一般设定为1)；②Y：第二个伺服电动机载荷表，轴号可由参数3152设定(一般设定为2)；③Z：第三个伺服电动机载荷表，轴号可由参数3153没定(一般设定为3)；返回下一页上一页2.3数控系统的基本参数④S1串行主轴电动机载荷表；⑤S2：速度表，可由参数3111#6(OPS)进行选择。0为显示主轴电动机速度，1为主轴速度。5.伺服参数调整画面在数控机床安装调试或维修保养时，需要对伺服参数进行调整或初始化设定，具体步骤为：①检查参数3111#0(SVS)是否已置1