2023年数控系统的基本知识及常见数控系统（教学课件）.ppt

1 数控系统数控系统 孙海亮孙海亮 2 主要内容主要内容 一、数控技术的开展一、数控技术的开展 二、数控系统的组成二、数控系统的组成 三、常见数控系统三、常见数控系统 1 1、FANUCFANUC数控系统数控系统 2 2、SIEMENSSIEMENS数控系统数控系统 3 3、华中数控系统、华中数控系统 3 一一.数控技术的开展数控技术的开展 1.1946年世界上诞生了第一台电子计算机。2.第一台计算机诞生6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上。1952在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统的机床产生了质的变化。4 第一台数控机床诞生至今五十年以来，数控机床的核心数控系统的开展经历了二个阶段和六代的开展。1.数控NC阶段 2.计算机数控CNC阶段 5 数控数控NCNC阶段阶段(1952(195219701970年年)早期的计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据 处理影响不大，但它不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路，搭成机床专用计算机 作为数控系统，被称为硬件连接数控HARDWIRED NC,简称为数控NC。随着电子元器件的开展，这个阶段又历经三代:1952年的第一代电子管计算机组成的数控系统；1959年的第二代晶体管计算机组成的数控系统；1965年的第三代小规模的集成电路计算机组成的数控系统。6 计算机数控计算机数控CNCCNC阶段阶段 这一阶段从1970年开始至今。1970年研制成功大规模 集成电路，并将其用于通用小型计算机。此时的小型计算 机，其运算速度比五、六十年代的计算机有了大幅度的提 高。比专门搭成的专用计算机本钱低，可靠性高。于是，小 型计算机被用作数控系统的核心部件，从此进入了计算机数 控CNC阶段。计算机数控阶段也经历了三代:1970年第四代小型计算机数控系统；1974年第五代微处理器组成的数控系统 1990年第六代基于PC的数控系统。7 数控系统近五十年来经历了两个阶段六代的开展，只是开展到了第五代以后，才从根本上解决了数控系统可靠性低，价格极为昂贵，应用很不方便等极为关键的问题，因此即使在工业兴旺国家，数控机床大规模地得到应用和普及也是在上世纪的七十年代末、八十年代初以后的事情，也就是说 数控技术经过了近三十年的开展才走向普及应用。8 现代数控技术开展趋势 1 1 高速、高精加工高速、高精加工 2 数控系统具有多轴控制、多轴联动和复合加工的控制功能数控系统具有多轴控制、多轴联动和复合加工的控制功能 3 数控系统开放化、智能化和网络化数控系统开放化、智能化和网络化 9 二二、数控系统的组成、数控系统的组成 数字控制机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床，它是数控技术的典型应用。数控系统是实现数字控制的装置，计算机数控系统是以计算机为核心的数控系统。计算机数控系统的组成如下图。10 1)1)输入装置输入装置:完成程序完成程序,参数等信息的输入参数等信息的输入MDIMDI信息载体信息载体 2)2)输出装置输出装置:完成打印完成打印,穿孔显示等穿孔显示等 3)3)通信线路通信线路:实现串行通讯及网络功能实现串行通讯及网络功能 4)CNC:4)CNC:完成与外围设备联系完成与外围设备联系,控制系统各局部功能控制系统各局部功能 5)PLC:5)PLC:完成机床的顺序控制完成机床的顺序控制,换刀换刀,APC,APC等等 6)6)主轴单元主轴单元:接受接受CNCCNC的指令的指令,控制主轴电机的转速及旋向控制主轴电机的转速及旋向 7)7)速度单元速度单元:接收接收CNC CNC 的指令的指令,控制各伺服轴的动作控制各伺服轴的动作 各局部的功能各局部的功能 11 组成组成:中央单元中央单元(CPU)(CPU)总线总线BUSBUS 存储器存储器(RAM,ROM)(RAM,ROM)I/OI/O接口电路接口电路 PLC PLC 主轴单元主轴单元 速度控制单元速度控制单元 CNCCNC单元系统的构成单元系统的构成 12 总线总线,信息公共通路的总称信息公共通路的总称 物理导线分为物理导线分为:地址总线地址总线(DB)(DB)数据总线数据总线(AB)(AB)控制总线控制总线(CB)(CB)各局部介绍各局部介绍:CPUCPU 构成：构成：由运算器、控制器、内部存放器由运算器、控制器、内部存放器 两个因素两个因素:1:1 位数位数 2 2速度速度 作用作用:对系统内部工件及操作进行统一控制对系统内部工件及操作进行统一控制,按照程按照程序中指令的要序中指令的要 求进行各种运算求进行各种运算,使系统成为一个有机整体使系统成为一个有机整体.BUSBUS 13 作用作用:存放系统软件存放系统软件,零件程序参数等零件程序参数等 存储运算的中间结果存储运算的中间结果 分类分类:存储器存储器:14 RAM(RAM(随机存储器随机存储器)既可读入也可写出既可读入也可写出,用来存放用来存放 程序程序 参数参数 中间结果中间结果 均应保持。均应保持。ROM:ROM:只读存储器，只读存储器，存放系统软件存放系统软件 又分为又分为:EPROM:EPROM、E2 ROME2 ROM、闪存。、闪存。15 单微处理器：单微处理器：只有一个只有一个CPUCPU、采用集中控制分时方法处理数控的各个任务。、采用集中控制分时方法处理数控的各个任务。缺点：缺点：不易进行功能的扩展和提高。不易进行功能的扩展和提高。处理速度低、数控功能差。处理速度低、数控功能差。多处理器：多处理器：两个及两个以上的两个及两个以上的CPUCPU组成的组成的CNCCNC称为多微处理机系统。称为多微处理机系统。单单CPUCPU的弥补增加浮点协处理器，硬件分担插补，的弥补增加浮点协处理器，硬件分担插补，采用全智能化的采用全智能化的CRTCRT、PLCPLC部件。块分为带部件。块分为带CPUCPU的主模块和不带的主模块和不带CPUCPU的从模块。的从模块。特点：特点：1 1、性能价格比高、性能价格比高 2 2、采用模块化结构，良好的适应性和扩展性、采用模块化结构，良好的适应性和扩展性 3 3、硬件易于组织规模生产。、硬件易于组织规模生产。4 4、可靠性高。、可靠性高。按微处理器分类按微处理器分类 分类分类 16 共存储器共存储器 以存储器为中心，各模块工作时，通过优先接受使以存储器为中心，各模块工作时，通过优先接受使 用请求，使用完成要撤消，用请求，使用完成要撤消，释放存储器。释放存储器。共总线共总线 以总线为中心，各模块工作时，仅有一个模块可占以总线为中心，各模块工作时，仅有一个模块可占 用总线，多个请求时由总线仲裁器来裁决。用总线，多个请求时由总线仲裁器来裁决。多多CPU结构分类：结构分类：17 1 1大板结构：大板结构：主电路板是大板，其他电路板是小印刷电主电路板是大板，其他电路板是小印刷电 路板，它们插在电路板的插槽内一块构成路板，它们插在电路板的插槽内一块构成 CNCCNC装置，装置，FANUCFANUC-C,0C,0等等 2 2模块化结构：模块化结构：控制单元母版框架，各功能模块，软件硬控制单元母版框架，各功能模块，软件硬 件的设计成模块化件的设计成模块化 特点：各功能块功能独立，便于开发同一功能的系列产品，维修特点：各功能块功能独立，便于开发同一功能的系列产品，维修 维护方便维护方便 按照电路板结构分按照电路板结构分 18 fanucfanuc-6M6M系统系统的硬件的硬件介绍介绍 典型数控系统的硬件结构典型数控系统的硬件结构 19 SIN840CSIN840C系统的硬件结构系统的硬件结构 20 组成与功能：组成与功能：CNC系统软件系统软件 ：管理软件：管理软件 程序的输入程序的输入 输出输出 显示显示 通信通信 控制软件控制软件 译码译码 刀具补偿刀具补偿 速度处理速度处理 插补运算插补运算 位置控制等位置控制等 CNCCNC系统软件系统软件 21 各程序简介各程序简介 1 输入程序：输入程序：把零件程序经缓冲器到存储把零件程序经缓冲器到存储 把存储的程序读入缓冲器把存储的程序读入缓冲器 22 2、译码程序：、译码程序：进行代码的识别，及功能代码的解译进行代码的识别，及功能代码的解译 代码识别是指将读入代码按内部码地址的不代码识别是指将读入代码按内部码地址的不 同进行处理同进行处理 功能处理是指将代码识别的结果按功能再分功能处理是指将代码识别的结果按功能再分 类，转入相应类，转入相应 的功能程序的功能程序 23 3 数据处理：数据处理：对功能代码进行预处理对功能代码进行预处理 任务：刀具半径补偿，速度计算，辅助功能的处理任务：刀具半径补偿，速度计算，辅助功能的处理 其中：刀具半径补偿：将零件的轮轨迹转化为刀具中其中：刀具半径补偿：将零件的轮轨迹转化为刀具中 心的轨迹。心的轨迹。速度代码：速度代码：确定加工数据数的速度。确定加工数据数的速度。辅助加工的处理：辅助加工的处理：指顺序程序的处理，设置接口信号。指顺序程序的处理，设置接口信号。数据的处理为插补程序做准备，称为数据的处理为插补程序做准备，称为 预计算。预计算。24 4 插补计算程序：插补计算程序：作用是对加工轨迹的细化。作用是对加工轨迹的细化。早期：全部由硬件来完成，由硬件来实施完成速度及位置早期：全部由硬件来完成，由硬件来实施完成速度及位置 的分配。的分配。现在：软件插补现在：软件插补+硬件插补硬件插补 由软件完成粗插补，将整个轨迹分成几个大段，再由软件完成粗插补，将整个轨迹分成几个大段，再 由硬件执行各段的细化。由硬件执行各段的细化。5 伺服控制软件：伺服控制软件：作用：将位置指令周期内作用：将位置指令周期内4ms转化为速度指令。转化为速度指令。25 6输出程序输出程序：将数据处理、插补、伺服处理的结果输出至对应的接口电路将数据处理、插补、伺服处理的结果输出至对应的接口电路 7管理程序：管理程序：管理：数据的输入、处理及切削加工管理：数据的输入、处理及切削加工 处理主板、时钟信号、故障信号处理主板、时钟信号、故障信号 管理为主程序，执行周期较长，实时程序靠中断完成管理为主程序，执行周期较长，实时程序靠中断完成 8诊断程序：诊断程序：对系统内的软件，硬件进行诊断，对故障做出相应的报警提示对系统内的软件，硬件进行诊断，对故障做出相应的报警提示 例如：编程、超程、伺服、例如：编程、超程、伺服、PLC等等 26 CNC软件的特点软件的特点 1多任务并行处理：多个任务，多个程序共用运行。多任务并行处理：多个任务，多个程序共用运行。2多重实时中断处理多重实时中断处理 中断是指终止现行程序转去执行另一程序。待另一程序中断是指终止现行程序转去执行另一程序。待另一程序处理完毕后、再继续执行原程序，处理完毕后、再继续执行原程序，多重中断：按中断的级别排队。多重中断：按中断的级别排队。实时：是指在确定的有限时间里对外部产生实时：是指在确定的有限时间里对外部产生 的随机事件作出响应。并完成响应和的随机事件作出响应。并完成响应和 处理。处理。27 典型数控软件的工作过程典型数控软件的工作过程 1 1开机后，系统首先进入初始化程序。进行硬、软件初始开机后，系统首先进入初始化程序。进行硬、软件初始 状态的设置。随后进入中断第一级，进行状态的设置。随后进入中断第一级，进行CRTCRT显示及显示及ROMROM 检查。检查。2 2PLCPLC控制能够检测出机床选择的操作方式控制能够检测出机床选择的操作方式:处理完成后转入机床的方式处理完成后转入机床的方式 处理方式：处理方式：JOG STOP HANDLE JOG STOP HANDLE 进行工件原点及对刀。进行工件原点及对刀。MDIMDI可进行机床参数、刀具参数和数控程序的处理。可进行机床参数、刀具参数和数控程序的处理。选择选择 “MEMMEM按循环启动按钮那么自动运行零件程序。按循环启动按钮那么自动运行零件程序。28 1 1 FANUCFANUC公司创立于公司创立于19561956年；年；2 219591959年首先推出电液步进电机；年首先推