【正文】 第 2章 數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng) 本章主要內(nèi)容 ? 典型數(shù)控系統(tǒng)介紹 ? 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結構 ? 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結構 ? 數(shù)據(jù)處理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的插補原理 ? 逐點比較法 本章知識點 ? 1．典型數(shù)控系統(tǒng)： FANUC、 SIEMENS和 HNC 21的簡介 ? 2．數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 3．數(shù)控系統(tǒng)軟件的特點與結構模式 ? 4．零件程序的輸入、譯碼、刀具補償和處理用緩沖 區(qū)等數(shù)據(jù)處理 ? 5. 可編程控制器（ PLC）的相關知識 ? 6．數(shù)控系統(tǒng)的插補原理與插補方法。 ? 7．常用插補法方法：逐點比較法的介紹 下一頁 ? FANUC數(shù)控系統(tǒng)介紹 ? 日本 FANUC公司生產(chǎn)的 CNC產(chǎn)品主要有 FS0、 FSFS FS10/11/1 FS1 FS1 FS1FS21/210等系列。目前，我國用戶使用的系列主要有 FS0、 FS1 FS1 FS1 FS21/210等。 ? 1． FS0系列 ? 1985年 FANUC公司推出了 FS0系列面板裝配式數(shù)控系統(tǒng)，它的主要特點是體積小、價格低，適用于機電一體化的數(shù)控機床。 FS0系列數(shù)控一般由主電路板、PLC板、附加 I/O板、圖形控制板和電源組成。 下一頁 返回 ? FS0系列數(shù)控系統(tǒng)有多種規(guī)格。常用的數(shù)控系統(tǒng)型號有：FS0MA/MB/MEA/MC/MF用于加工中心、數(shù)控銑床和鏜床； ? FS0TA/TB/TEA/TC/TF用于數(shù)控車床； ? FS0TTA/TTB/ TTC用于一個主軸雙刀架或兩個主軸雙刀架的四軸數(shù)控車床； ? FS0GA/GB用于數(shù)控磨床； ? FS0用于回轉(zhuǎn)頭壓力機。 ? 其中， T型用于單刀架單主軸的數(shù)控車床； TT型用于單主軸雙刀架或雙主軸雙刀架的數(shù)控車床； M型用于數(shù)控銑床或加工中心； G型用于數(shù)控磨床； F型是對話型數(shù)控系統(tǒng)。 上一頁 下一頁 返回 ? 2． FS6系列 ? 1979年推出的 FS6系列數(shù)控系統(tǒng)，是具備一般功能和部分高級功能的中級型 CNC系統(tǒng)。其中， 6M適用于數(shù)控銑、鏜床和加工中心； 6T適用于數(shù)控車床。 ? 3． FS10/11/12系列 ? 1984年推出的 FS10/11/12系列數(shù)控系統(tǒng)為多微處理器控制系統(tǒng)。 FS10/11/12系列數(shù)控系統(tǒng)適用于大、中型數(shù)控機床，具有很多規(guī)格，可用于各種機床，規(guī)格型號有 M型、 T型、 TT型和 F型。 上一頁 下一頁 返回 ? 4． FS15系列 ? 1987年 FANUC公司推出新的 FS15系列多微處理器控制數(shù)控系統(tǒng)，稱之為 AICNC系統(tǒng)（人工智能數(shù)控系統(tǒng)）。它適用于大型機床、復合機床的多軸控制和多系統(tǒng)控制。 ? 5． FS16系列 ? FS16系列是功能上位于 FS15系列和 FS0系列之間的最數(shù)控系統(tǒng)，在作為控制用的 32位復合指令集計算機 CISC（ Complex Instruction Set Computer）上又增加了32位精減指令集計算機 RISC（ Reduced Instruction Set Computer）。 FS16系列采用高速 32位 FANUC BUS和TFT彩色液晶薄型顯示器等新技術。 上一頁 下一頁 返回 ? 6． FS18系列 ? FS18系列是緊接著 FS16系列推出的 32位數(shù)控系統(tǒng)，在功能上也是位于 FS15系列和 FS0系列之間，但低于FS16系列。 ? 7． FS21/210系列 ? FS21/210系列是 FANUC公司最新推出的系統(tǒng)，該系統(tǒng)常用的數(shù)控系統(tǒng)型號有 FANUC 21iMA/MB、FANUC 21iTA/TB等。本系列的數(shù)控系統(tǒng)適用于中、小型數(shù)控機床。 上一頁 下一頁 返回 ? SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)介紹 ? SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)是由德國 SIEMENS公司生產(chǎn)，產(chǎn)品主要有 SINUMERIK SINUMERIK SINUMERIK 8 SINUMERIK 8SINUMERIK 850、 SINUMERIK 880、SINUMERIK 8 SINUMERIK 802等系列。 上一頁 下一頁 返回 ? 1． SINUMERIK 3系列 ? SINUMERIK 3系列數(shù)控系統(tǒng)適用于各種機床控制，有M型、 T型、 TT型、 G型和 N型等。此外， 3T系統(tǒng)借助于轉(zhuǎn)換功能，可使一般的數(shù)控車床變成一個柔性車削中心。 ? SINUMERIK 3系列數(shù)控系統(tǒng)主要由中央處理單元、存儲器模塊、操作面板接口、外部連接接口、 PLC中央處理單元、 PLC存儲模塊、編程器接口、邏輯模塊及各種輸入 /輸出模塊等組成。 ? 2． SINUMERIK 8系列 ? SIEMENS公司于 20世紀 80年代初期推出，適用于各種數(shù)控機床。 ? SINUMERIK 8系列數(shù)控系統(tǒng)主要由主控制模塊、電源模塊、存儲模板、各種位置控制模板、測量接口模板、操作面板、電源模板和譯碼電路模板、 PLC與 CNC接口模板、 PLC和 CNC信號傳遞模板及系統(tǒng)軟件模板等組成。 上一頁 下一頁 返回 ? 3． SINUMERIK 810/820系列 ? SIEMENS公司于 20世紀 80年代中期推出，該系列產(chǎn)品分為 M、 T、 G型等。其中 M型用于數(shù)控鏜床、銑床和加工中心； T型用于數(shù)控車床； G型用于數(shù)控磨床。此系統(tǒng)一般用于中、小型數(shù)控機床。 ? SINUMERIK 810/820系列數(shù)控系統(tǒng)由 CPU模塊、位置控制模塊、系統(tǒng)程序存儲器模塊、文字圖形處理模塊、接口模塊、 I/O模塊、 CRT顯示器及操作面板組成。 ? 如 P50圖 22所示為 SINUMERIK 810數(shù)控系統(tǒng)結構。 ? 4． SINUMERIK 850/880系列 ? 20世紀 80年代后期， SIEMENS公司推出了SINUMERIK 850/880系列數(shù)控系統(tǒng)。該系列產(chǎn)品適用于高度自動化水平的機床及柔性制造系統(tǒng)，有 850M、 850T、 880M和 880T等規(guī)格。 SINUMERIK 850/880最多可控制 30個主、輔坐標軸和 6個主軸，可實現(xiàn) 16個工位聯(lián)動控制。 上一頁 下一頁 返回 ? 5． SINUMERIK 802系列 ? 20世紀 90年代后期， SIEMENS公司推出了 SINUMERIK 802系列數(shù)控系統(tǒng)。 ? 其中 802S和 802C是經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，可帶 3個進給軸。802S采用帶有脈沖及方向信號的步進驅(qū)動接口，可配接STEPDRIVEC/C+步進驅(qū)動器和五相混合式步進電機或FMSTEPDRIVE步進驅(qū)動器和 1FL3系列三相步進電動機，如 P51 圖 23所示為 SINUMERIK 802S數(shù)控系統(tǒng)結構；802C則包含有傳統(tǒng)的 10V~10V接口，可配接SIMODRIVE611驅(qū)動裝置。 802S/C除了 3個進給軸外，都有一個 10V~+10V接口，用于連接主軸驅(qū)動。 SINUMERIK 802S/C包含操作面板、 機床控制面板、CNC單元及 PLC模塊，可安裝在通用的安裝導軌上。 ? SINUMERIK 802D是數(shù)字式的數(shù)控系統(tǒng)，可控制最多 4個數(shù)字進給軸和一個主軸。如 P52圖 24所示。數(shù)控系統(tǒng)通過PROFIBUS總線與 I/O模塊和數(shù)字驅(qū)動模塊相連接，主軸通過模擬接口控制。 SINUMERIK 802S/802C/802D采用SIMATIC S7200PLC指令集對系統(tǒng)內(nèi)部 PLC進行編程。 ? HNC21數(shù)控系統(tǒng)介紹 ? 國產(chǎn)華中 “ 世紀星 ” 數(shù)控系統(tǒng)采用基于工業(yè)計算機作為硬件平臺的開放式體系結構的創(chuàng)新技術路線，充分利用PC軟、硬件的豐富資源，通過軟件技術的創(chuàng)新，實現(xiàn)數(shù)控技術的突破。如 圖 25所示為華中 “ 世紀星 ” 系列產(chǎn)品。 ? 1． “ 世紀星 ” 系統(tǒng)配置主要特點如下： ? （ 1）基于工業(yè) PC的數(shù)控系統(tǒng)，先進的開放式體系結構。可與數(shù)控車、數(shù)控銑、加工中心、車銑復合等機床配套。 ? （ 2） “ 世紀星 ” 系統(tǒng)有普及型（ HNC21）和功能型（ HNC22）兩個系列，可配 6個進給軸，最大聯(lián)動軸數(shù)為 6軸。進給軸控制接口類型有脈沖、模擬、串口等多種類型，可連接多種伺服電機和步進電機。既可用作半閉環(huán)、閉環(huán)控制，也可用作開環(huán)控制。 上一頁 下一頁 返回 ? （ 3）系統(tǒng)配置 （分辨率640 480象素），也可配 TFT彩色液晶顯示器（分辨率 640 480象素），畫面美觀、清晰、直觀。 ? （ 4）可選配電子盤、硬盤、軟驅(qū)、網(wǎng)絡等存儲器，極大地方便用戶的程序輸入。用戶程序可斷電儲存容量達16MB。程序存儲個數(shù)無限制 ,直至存儲器寫滿。 ? （ 5）標準配置 40路輸入和 32路輸出，不需擴展即可滿足大部分數(shù)控車、銑和加工中心的控制要求，并可根據(jù)需要擴展到 128路輸入和 128路輸出。 ? （ 6）面板包含標準數(shù)控車、銑床操作按鈕和狀態(tài)指示燈，使用戶操作直觀明了。顯示屏亮度具有手動和自動調(diào)節(jié)功能。 上一頁 下一頁 返回 ? （ 7） DNC接口通訊功能， DNC最大速度 ；可選配局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）連接功能，可實現(xiàn)數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)，以太網(wǎng)速度可達 10～ 100MB/S。 ? 2． “ 世紀星 ” 系統(tǒng)功能主要特點如下： ? （ 1）編程語言采用國際通用的 G代碼編程，具有直線、圓弧、螺旋線插補功能，支持程序的旋轉(zhuǎn)、縮放、鏡像、刀具補償、宏程序、子程序調(diào)用、多種坐標系設定等功能。支持 MasterCAM、 UG、 ProE和 CAXA等CAD/CAM系統(tǒng)生成的數(shù)控加工程序。 ? （ 2）支持公制 /英制輸入，絕對值 /增量值編程，每分鐘 /每轉(zhuǎn)進給和直徑 /半徑編程等功能。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)基本原理 ? （ 3）提供多種固定循環(huán)和復合循環(huán)，數(shù)控車床內(nèi)（外）徑粗車復合循環(huán)支持凹槽加工功能。固定循環(huán)和復合循環(huán)的使用可以用一個程序段來完成一個加工循環(huán)，使編程大大簡化。 ? （ 4）數(shù)控車床支持倒角（直角、圓角）、螺紋切削，螺紋切削具有多頭螺紋加工功能，并可加工變螺距螺紋。數(shù)控銑床既支持柔性攻絲也支持剛性攻絲，剛性攻絲的使用提高了加工效率 , 保證螺紋精度。 ? （ 5）支持恒線速度切削功能，根據(jù)刀尖的位置自動變化主軸速度，使切削線速度保持恒定，以滿足工件加工的工藝要求，大大提高精加工面粗糙度，延長刀具的使用壽命。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)基本原理 ? （ 6）具有小線段連續(xù)高速加工功能（ G64）和準確定位功能（ G61），加減速控制采用 S曲線加減速。 G64支持程序超前預處理，超前預讀程序，將小線段按連續(xù)軌跡高速進給，根據(jù)拐角大小，自適應控制進給速度，保證拐點處的誤差小于跟蹤誤差的允差設定，特別適合加工 CAD/CAM生成的復雜模具加工程序。 ? （ 7） 8重子程序調(diào)用，宏程序支持邏輯運算符（ AND、 OR、NOT）、函數(shù)（ SIN、 COS、 TAN、 ATAN、 ATAN2,、ABS、 INT、 SQRT、 EXP）、條件判別語句（ IF、 ELSE、ENDIF）和循環(huán)語句（ WHILE、 ENDW），可實現(xiàn)復雜的運算，功能強大。用戶使用變量進行算術、邏輯和函數(shù)的混合運算，可編制各種復雜的零件加工程序，減少甚至免除繁瑣計算，大大精簡程序量。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)基本原理 ? （ 8）支持單、雙向螺距補償和反向間隙補償，螺距補償數(shù)據(jù)最多可達 256點。具有跟蹤誤差允差設定與報警功能，數(shù)控系統(tǒng)實時監(jiān)控機床實際坐標，對機床的非正常運行狀態(tài)進行報警。 ? （ 9）具有斷點保存與恢復功能，大零件程序加工可分時段加工，系統(tǒng)記憶上次中斷加工時的狀態(tài)，為用戶提供極大的方便。 ? （ 10）三維圖形實時顯示刀具軌跡和零件形狀，界面實時加工參數(shù)顯示，包括坐標位置（機床、工件、相對）、跟蹤誤差、剩余進給、 M、 S、 T和進給速度、倍率等，顯示內(nèi)容豐富。 ? （ 11）空運行和圖形化程序校驗功能，方便加工代碼的編制和檢驗。具有后臺編程功能。 上一頁 下一頁 返回 ? （ 12）具有進給修調(diào)、快速修調(diào)和主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)三種控制功能，修調(diào)范圍達到 10～ 150％。 ? （ 13）系統(tǒng)采用漢字用戶界面，提供完善的在線幫助功能（程序代碼和幫助圖例），操作簡便，易于掌握和使用。 ? （ 14）支持自動換刀、刀具長度補償和刀尖半徑補償。數(shù)控車床系統(tǒng)支持多種對刀方式（相對刀偏和絕對刀偏），刀補具有圓弧半徑補償，滿足高精度加工的要求。 ? （ 15）支持指定程序行加工、任意程序行加工和程序跳段功能，加工代碼的控制更加方便、靈活。 ? （ 16）提供二次開發(fā)接口，可按用戶要求定