数控原理与系统.

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1 数控原理与系统

2 第八章　典型数控系统 第一节　FANUC数控系统 第二节　SIEMENS数控系统 第三节　华中数控系统 第四节　数控系统的抗干扰

3 第一节　FANUC数控系统 一、FANUC数控系统介绍 二、FANUC数控系统的特点 １)系统在设计上采用的模块化结构易拆装，各个控制板高度集成，便于维修和更换。 ２)采用专用LSI(大规模集成电路)技术，提高了芯片集成度、系统的可靠性，减小了体积和降低成本。 ３)产品应用范围广。

4 第一节　FANUC数控系统 ４)不断采用新工艺、新技术：SMT(高密度表面安装技术)、多层印制电路板、光导纤维电缆等。 ５)CNC装置体积减小，采用了面板装配式、内装式PMC以及多种形式结构和尺寸规格的控制器，以适应机电一体化的需求。

5 第一节　FANUC数控系统 ６)在插补、进给加减速、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。 ① 插补功能：除了直线、圆弧、螺旋线插补外，还有假想轴插补、极坐标插补、圆锥面插补、指数函数插补、渐开线插补、样条插补等。 ② 切削进给的自动加减速功能：除插补后直线加减速，还有插补前加减速。

6 第一节　FANUC数控系统 ③ 补偿功能：除了螺距误差补偿、丝杠反向间隙补偿之外，还有坡度补偿、线性度补偿以及各种新的刀具补偿功能。 ④ 故障诊断功能：系统采用推理软件，具有人工智能，能以知识库为根据查找故障

7 第一节　FANUC数控系统 ７)以用户特定宏程序、MMC等功能来推进CNC装置面向用户开放的功能。 ８)支持多种语言显示：日语、英语、德语、汉语、意语、法语、丹麦语等。 ９)备有多种外设：FANUC PPR(Printer/Punch/Reader,打印/穿孔/阅读机)、FANUC FA(Factory Automation,自动化工厂)CARD、FANUC FLOPPY CASSETE(卡式录音带)、FANUC PROGRAME FILE Mate等。

8 第一节　FANUC数控系统 １０)推出MAP(Manufactory Automation Protocol，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)根据用户需要，不断地更新CNC产品的功能。

9 第一节　FANUC数控系统 三、FANUC 0系列数控系统 １.主要产品 图8-1　FANUC 0系统数控单元结构

10 第一节　FANUC数控系统 ２. FANUC (１)数控单元的基本配置 FANUC 0系统的CNC单元由主印制电路板(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控制板等组成。 １)主印制电路板(PCB)。

11 第一节　FANUC数控系统 ２)数控单元电源为各板提供＋5V、±15V、±24V直流电源，其中24V直流电流用于单元内继电器控制。 ３)图形显示板提供图形显示功能，便于人机交互，并且还提供第2、3手摇脉冲发生器接口。 ４)PC板(PMC-M)。 5)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-M提供输入/输出信号。

12 第一节　FANUC数控系统 6)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。 7)子CPU板用于管理第5轴、第6轴、第7轴的数据分配，提供RS-232C和RS422串行数据接口等。

13 第一节　FANUC数控系统 8)扩展轴控制板(AXA)。 9)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、M78和M80提供输出点，为PMC-M提供输入/输出信号。 10)通信板(DNC2)。

14 第一节　FANUC数控系统 (２)控制单元的连接　 图8-2所示为FANUC 0系统连接图。 图8-２　ＦＡＮＵＣ　０系统连接图

15 第一节　FANUC数控系统 ３. S系列进给伺服系统的基本配置 图8-３　S系列一轴型伺服系统连接方法

16 第一节　FANUC数控系统 图8-４　S系列二轴型伺服系统连接方法

17 第一节　FANUC数控系统 图8-５　S系列三轴型伺服系统连接方法

18 第一节　FANUC数控系统 ４. S系列主轴伺服系统的基本配置 图8-６　S系列主轴伺服系统的连接方法

19 第一节　FANUC数控系统 表８-１　主轴控制信号

20 第二节　SIEMENS数控系统 一、840D系统的主要功能与特点 1)控制类型采用32位微处理器实现CNC控制，可用于系列机床，如车床、钻床、铣床、磨床，可完成CNC连续轨迹控制以及内部集成式PLC控制，具有全数字化的SIMODRIVE611数字驱动模块，最多可控制31个进给轴和主轴，进给和快速进给的速度范围为10～999mm／min

21 第二节　SIEMENS数控系统 图8-7　SIEMENS数控系统的产品类型

22 第二节　SIEMENS数控系统 2)操作方式主要有AUTOMATIC(自动)、JOG(手动)、TEACH IN(交互式程序编制)、MDI(手动过程数据输入)。 3)补偿功能840D可根据用户程序进行轮廓的冲突检测、刀具半径补偿、刀具长度补偿、螺距误差补偿和测量系统误差补偿，反向间隙补偿、过象限误差补偿等。 4)安全保护功能。

23 第二节　SIEMENS数控系统 5)NC编程840D系统具有高级语言编程特色的程序编辑器，可进行米制、英制尺寸或混合尺寸的编程，程序编制与加工可同时进行，系统具备1.5MB的用户内存，用于零件程序、刀具偏置、补偿的存储。 6)PLC编程840D的集成式PLC完全以标准SIMATIC Ｓ7模块为基础，PLC程序和数据内存可扩展到288ｋB，I／Ｏ模块可扩展到2048个输入／输出点，PLC程序可以极高的采样速率监视数字输入，向数控机床发送运动、停止、起动等命令。

24 第二节　SIEMENS数控系统 7)操作部分硬件840D提供有标准的PC软件、硬盘、奔腾处理器，用户可在Windows98／2000下开发自定义的界面。 8)显示功能840D提供了多语种的显示功能，用户只需按一下按钮，即可将用户界面从一种语言转换为另一种语言，系统提供的语言有中文、英语、德语等。 9)数据通信840D系统配有RS-232C／TTY通用接口，加工过程中可同时通过通用接口进行数据输入/输出。

25 图8-8 SINUMERIK 840D数控系统的基本构成 ａ)模块式组合 ｂ)连接图
第二节　SIEMENS数控系统 二、840D系统的基本构成 1. NC模块 图8-8　SINUMERIK 840D数控系统的基本构成 ａ)模块式组合　ｂ)连接图

26 第二节　SIEMENS数控系统 图8-9　NC模块的接口端

27 第二节　SIEMENS数控系统 (1)X101　操作面板接口端，该端口通过电缆与MMC(人机通信接口板)及机床操作面板联接。 (2)X102　RS-485通信接口端，该端口主要是满足西门子Profibus DP通信的要求。 (3)X111　PLC S7-300输入输出接口端，该端口提供了与PLC连接的通道。 (4)X112

28 第二节　SIEMENS数控系统 (5)X121　多路输入/输出接口端，通过该端口数控系统可与多种外设连接，如与控制进给运动的手轮、CNC输入/输出的连接。 (6)X122　PLC编程器PG接口端，通过该端口与西门子PLC编程器PG连接，以此传输PG中的PLC程序到NC模块，或从NC模块将PLC程序拷贝到PG中，另外还可在线实时监测PLC程序的运行状态。

29 第二节　SIEMENS数控系统 (7)X130A、X130B　电动机驱动器611D的输入输出扩展端口，通过扁平电缆将驱动总线与各个驱动模块联接起来，对各个伺服电动机进行控制。 (8)X172　数控系统数据控制总线端口，通过扁平电缆与各相关模块的系统数据控制总线联系起来。 (9)X173　数控系统控制程序储存卡插槽。

30 第二节　SIEMENS数控系统 2.电源模块 图8-１0　电源模块的接口端

31 第二节　SIEMENS数控系统 (3)X141 电源模块电源工作正常输出信号端口。 (4)X161 电源模块设定操作和标准操作选择端口。 (5)X171 (6)X172 起动禁止信号端(一般按出厂状态使用)。 (7)X181 供外部使用的供电电源端口，包括直流电源600V与三相交流电源380V。

32 第二节　SIEMENS数控系统 3.伺服电动机驱动模块 (1)X411、X412　电动机内置光电编码器反馈至该端口进行位置和速度反馈的处理。 (2)X421、X422　机床拖板直接位置反馈(光栅)端口。 (3)X431　脉冲使用端口，使用信号一般由PLC给出。 (4)X432　高速输入输出接口端。 (5)X341、X351　电压、电流检测孔，一般供模块维修检测使用，用户不允许使用。

33 第二节　SIEMENS数控系统 图8-１1　单轴伺服电动机驱动模块６１１Ｄ

34 第二节　SIEMENS数控系统 图8-１2　双轴伺服电动机驱动模块611D

35 第二节　SIEMENS数控系统 图8-１3　840D数控系统典型接线图

36 第三节　华中数控系统 一、华中数控系统介绍 二、华中数控系统的特点 １.以通用工控机为核心的开放式体系结构 ２.独创的曲面直接插补算法和先进的数控软件技术 ３.极强的系统配套能力 三、华中数控系统典型系列 １.“华中Ⅰ型”数控系统

37 第三节　华中数控系统 图8-１４　华中Ⅰ型数控系统硬件结构

38 第三节　华中数控系统 图8-１５　华中Ⅰ型数控系统的软件环境与结构 １)低层网络数控内核。 ２)上层网络数控集成开发环境。

39 第三节　华中数控系统 １)基于PC的CNC数控系统。 ２)以其独特的软件技术在单CPU下实现了多通道16轴控制和9轴联动控制。 ３)在计算机内不需增加硬件，用打印机实现机床数字控制。 ４)加工轨迹三维图形显示的动态仿真。 ５)支持DIN/ISO标准G代码，可一次性直接运行2GB以下的大型模具程序(G代码)。

40 第三节　华中数控系统 ６)双向螺距误差补偿功能。 ７)内部二级电子齿轮。 ８)具有加工断点保护和恢复功能。 ９)具有参考点返回和多个工作坐标系设置与选择功能(G54～G59)。 10)具有刀具长度和刀具半径补偿功能。 11)汉字操作界面和在线功能。

41 第三节　华中数控系统 12)支持NT、Noveｌｌ、Internet网络和软、硬盘数据交换。 13)具有CAD/CAM/CNC一体化集成化功能。 14)接触式或非接触式数字化仿形扩展功能。 15)运动控制开发工具包(C++运动插补函数库) 16)提供INTELCAM自动编程软件。 17)可根据用户要求，配接步进电动机和交流伺服电动机。

42 第三节　华中数控系统 ２.华中—2000型高性能数控系统 ３.华中“世纪星”系列数控系统 (１)HNC—21/22数控系统的功能 华中“世纪星”数控系统是在华中高性能数控系统的基础上开发的数控系统，强调了可靠性、实用性、经济型，具有以下特点。 １)可配4个进给轴，具有数字量和模拟量接口，可自由选配各种数字式、模拟式交流伺服单元或步进电动机驱动单元。

43 第三节　华中数控系统 ２)内部已提供满足标准车、铣床控制的PLC程序，也可按要求自行编制PLC程序。 ３)除标准机床控制面板外，配置40位输入和32位输出开关量接口、手摇脉冲发生器接口、模拟主轴接口。 ４)反向间隙和双向螺距误差补偿功能，螺距补偿数据最多可达5000点。 ５)采用国际标准G代码编程，与各种流行的CAD／CAM自动编程系统兼容，具有直线、圆弧、螺旋线、固定循环、旋转、缩放、刀具补偿、宏程序等功能。

44 第三节　华中数控系统 ６)2MB ７)可扩展数控仿型功能，实现仿型／加工一体化。 (２)技术规格 世纪星HNC—21/22数控单元技术规格见表8-2。

45 第三节　华中数控系统 表8-2　世纪星HNC—21/22数控单元技术规格

46 第三节 华中数控系统 (３)部件连接 HNC—21/22数控单元外部接口如图8-16所示，数控设备之间的连接如图8-17所示。
第三节　华中数控系统 (３)部件连接　HNC—21/22数控单元外部接口如图8-16所示，数控设备之间的连接如图8-17所示。 图8-１6　ＨＮＣ—２１／２２数控单元外部接口示意图

47 第三节　华中数控系统 图8-１7　ＨＮＣ—２１／２２数控设备连接示意图

48 第三节　华中数控系统 (4)接口说明　HNC—21/22数控单元的接口如图所示。 图8-１8　ＨＮＣ—２１／２２数控单元的接口

49 第三节　华中数控系统 1)XS1：电源接口。 2)XS2：外接PC键盘接口。 3)XS3：以太网接口。 4)XS4：软驱接口。 5)XS5：RS232接口。 6)XS6：远程I/O板接口。 7)XS8：手持单元接口。 8)XS9：主轴控制接口。

50 第三节　华中数控系统 9)XS10、XS11：输入开关量接口。 10)XS20、XS21：输出开关量接口。 11)XS30～XS33：模拟式、脉冲式(含步进式)进给轴控制接口。 12)XS40～XS43：串行式HSV—11型伺服轴控制接口。

51 第四节　数控系统的抗干扰 一、干扰的形式与来源 １)供电条件非常恶劣。 ２)严重的噪声环境。 ３)还有来自于空间的干扰，如周围电气设备发出的电干扰和磁干扰，天体、通信设备发出的电磁波，甚至气象条件、雷电都会使数控系统不能正常地工作。 ４)工业环境的温度、湿度、灰尘、腐蚀性气体及其他损害，都会影响数控系统可靠性。

52 第四节　数控系统的抗干扰 二、数控系统的抗干扰 1.电源的抗干扰 2.屏蔽 (１)远离技术 抵制干扰源最有效的措施是将干扰源远离被干扰的信号线，尽量避免平行走线和将强信号线与弱信号线远离。 (２)屏蔽干扰源 将干扰源的周围加上屏蔽体，并将屏蔽体一点接地，即可将电场形成的干扰源屏蔽掉。

53 图8-１９ 抑制磁场辐射干扰的两种接地方式 ａ)两端接地 ｂ)单端接地
第四节　数控系统的抗干扰 (３)使用双绞线和电缆阻止耦合干扰的侵入　双绞线对磁场耦合干扰起抑制作用，同轴电缆对电场耦合和磁场耦合都有良好的抑制作用。 图8-１９　抑制磁场辐射干扰的两种接地方式 ａ)两端接地　ｂ)单端接地

54 第四节　数控系统的抗干扰 3.接地 (１)保护接地　在实际控制过程中，强电设备通过感应或强电击穿使壳体带上很高的交流电位。 (２)系统接地　为系统各部分提供稳定的基准电位，要求接地回路的公共阻抗尽可能小。 １) 浮地方式。 ２) 共地方式。 ３) 电容接地方式。

55 第四节　数控系统的抗干扰 (３)屏蔽接地 将电缆、变压器等屏蔽层与大地相连，以抑制电磁场干扰。 4.抗干扰设计 (１)印制板的安排与布局 数控装置的结构分为两种：大板结构和小板模块结构。 (２)系统总线的抗干扰设计 CNC数控装置采用功能分布式的面向总线技术，将整机按功能划分成不同的模板，每块模板功能特定，模板之间的信息交换通过公用总线完成。

56 第四节　数控系统的抗干扰 (３)器件的优化　CNC数控装置的功能模板应选用抗干扰能力强的逻辑器件。 5.环境温度和湿度要求 6.系统上电自诊断 7. Watchdog和电源掉电检测