國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)課件

1概述一、國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況

在數(shù)控系統(tǒng)方面，20世紀80年代初，國內(nèi)先后從日本、美國等國引進了一些CNC裝置及主軸、伺服系統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)，并陸續(xù)投入了批量生產(chǎn)，從而結(jié)束了數(shù)控機床發(fā)展徘徊不前的局面，推動了數(shù)控機床的發(fā)展。80年代至90年代初北京機床研究所先后引進日本FANUC的3、5、7、6系統(tǒng)進行消化吸收，與FANUC合資生產(chǎn)的各類型數(shù)控系統(tǒng)最高年產(chǎn)量已達500套。東方西門子集團引進德國西門子的3系統(tǒng)、810和820系統(tǒng)。到20世紀90年代初，國內(nèi)的數(shù)控機床及數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)具有了一定的規(guī)模，但前進中的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)正面臨十分嚴峻的形勢。1概述一、國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況2

進入WTO后，中國將進入日趨完善的國內(nèi)外相統(tǒng)一的大市場，大量數(shù)控機床及數(shù)控系統(tǒng)進口，將對發(fā)展中的數(shù)控產(chǎn)業(yè)造成巨大的沖擊，其中國家“八五”重點科技攻關(guān)項目“中華?型數(shù)控系統(tǒng)”于1991年9月28日通過國家級鑒定。該系統(tǒng)是以通用的工業(yè)控制機(32位CPU)為基礎(chǔ)的全功能數(shù)控系統(tǒng)。此系統(tǒng)在我國首次將微機客戶服務(wù)器模型用于窗口式操作系統(tǒng)。形成了一個集成化的軟件環(huán)境。此外，有關(guān)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商還根據(jù)客戶需要開發(fā)有一批不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品。如大連大森，廣州數(shù)控等。2進入WTO后，中國將進入日趨完善的國內(nèi)外相統(tǒng)一的大二、國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)介紹1．華中系統(tǒng)

華中數(shù)控系統(tǒng)是基于通用PC的數(shù)控裝置，是武漢華中數(shù)控股份有限公司在國家“八五”、“九五”科技攻關(guān)的重大科技成果。華中數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展為三大系列：世紀星系列、小博士系列和華中I型系列。世紀星系列采用通用原裝進口嵌入式工業(yè)PC機，彩色LCD液晶顯示器，內(nèi)置式PLC，可與多種伺服驅(qū)動單元配套使用；小博士系列為外配通用PC機的經(jīng)濟型數(shù)控裝置。華中世紀星系統(tǒng)如圖1所示。2023/1/33二、國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)介紹2022/12/2832.航天數(shù)控

十多年來，航天數(shù)控充分發(fā)揮航天工業(yè)的高技術(shù)優(yōu)勢，相繼開發(fā)了高、中、低檔次的多個系列的產(chǎn)品，功能覆蓋了車床、銑床、加工中心、磨床、火焰切割機等控制系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于軍工、船舶、汽車、航空、航天、造紙、建筑等各領(lǐng)域。其主要數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品CASNUC2100系列數(shù)控系統(tǒng)，如圖2所示：42.航天數(shù)控43.廣州數(shù)控

廣州數(shù)控是近幾年來發(fā)展比較迅速的數(shù)控系統(tǒng)，在我國特別是廣大南方地區(qū)有著眾多的用戶。廣州數(shù)控的主要產(chǎn)品有：GSK系列車床、銑床、加工中心數(shù)控系統(tǒng)。DA98系列全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動裝置。DY3系列混合式步進電機驅(qū)動裝置，DF3系列反應(yīng)式步進電機驅(qū)動裝置．GSKSJT系列交流伺服電動機。以其加工中心數(shù)控系統(tǒng)GSK218M為廣州數(shù)控自主研發(fā)的普及型數(shù)控系統(tǒng)(適配加工中心及普通銑床)，采用32位高性能的CPU和超大規(guī)?？删幊唐骷﨔PGA，實時控制和硬件插補技術(shù)保證了系統(tǒng)μm級精度下的高效率，可在線編輯的PLC使邏輯控制功能更加靈活強大，如圖3所示。5

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一、華中數(shù)控系統(tǒng)華中數(shù)控系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)如圖所示。6國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)組成華中數(shù)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)機床一、華中數(shù)控系統(tǒng)6國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)組成華中數(shù)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)機1．輸入輸出裝置

輸入輸出裝置主要用于零件加工程序的編制、存儲、打印、顯示或機床的加工信息的顯示等。簡單的輸入輸出裝置只包括鍵盤和若干個數(shù)碼管，較高級的系統(tǒng)一般配有CRT顯示器和液晶顯示器。71．輸入輸出裝置72．?dāng)?shù)控裝置

數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，這一部分主要包括微處理器、存儲器、外圍邏輯電路及與數(shù)控系統(tǒng)其它組成部分聯(lián)系的接口等。其原理是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)段插補出理想的運動軌跡，然后輸出到執(zhí)行部件（伺服單元、驅(qū)動裝置和機床），加工出所需要的零件。因此，輸入、軌跡插補、位置控制是數(shù)控裝置的三個基本部分，在數(shù)控系統(tǒng)中主要由數(shù)控板來完成硬件功能。如圖4所示：82．?dāng)?shù)控裝置83．伺服單元和驅(qū)動裝置

伺服單元接受來自數(shù)控裝置的進給指令，經(jīng)變換和放大后通過驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)變成機床工作臺的位移和速度。因此伺服單元是數(shù)控裝置和機床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來自數(shù)控裝置的微弱指令信號放大成控制驅(qū)動裝置的大功率信號。根據(jù)接受指令的不同伺服單元有脈沖式和模擬式之分，而模擬式伺服單元按電源種類又分為直流伺服單元和交流伺服單元。93．伺服單元和驅(qū)動裝置9

驅(qū)動裝置把放大的指令信號變成為機械運動，通過機械連接部件驅(qū)動機床工作臺，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動，最后加工出符合圖紙要求的零件。華中伺服單元如圖5所示。將電源模塊和驅(qū)動模塊集成為一體，具有結(jié)構(gòu)小巧、使用方便、可靠性高等特點。HSV-16采用最新運動控制專用數(shù)字信號處理器（DSP）、大規(guī)?，F(xiàn)場可編程邏輯陣列（FPGA）和智能化功率塊（IPM）等當(dāng)今最新技術(shù)設(shè)計。它可以通過修改伺服驅(qū)動單元參數(shù)對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的工作方式、內(nèi)部參數(shù)進行設(shè)置，以適應(yīng)不同應(yīng)用環(huán)境和要求。HSV-16D全數(shù)字交流伺服電機驅(qū)動單元擁有以下四種控制方式：10驅(qū)動裝置把放大的指令信號變成為機械運動，通過機械連接部(1)位置控制方式（脈沖量接口）：HSV-16系列伺服驅(qū)動單元可以通過內(nèi)部參數(shù)設(shè)置接收三種形式的脈沖指令（正交脈沖；脈沖+方向；正、負脈沖）。(2)速度控制方式（模擬量接口）：HSV-16系列伺服驅(qū)動單元可以通過內(nèi)部參數(shù)設(shè)置為速度控制方式，可接收幅值不超過10V的（如：-10V-+10V）模擬量。(3)JOG控制方式：此種方式是HSV-16系列伺服驅(qū)動單元通過按鍵（而無須外部指令）操作使驅(qū)動單元驅(qū)動電機運動，給用戶提供的一種測試伺服驅(qū)動系數(shù)統(tǒng)安裝、連接是否正確的運行方式。(4)內(nèi)部速度控制方式：HSV-16系列伺服驅(qū)動單元在內(nèi)部速度控制的方式下，可根據(jù)伺服驅(qū)動單元內(nèi)部設(shè)定的速度運行。11(1)位置控制方式（脈沖量接口）：HSV-16系列伺服驅(qū)動4．主軸驅(qū)動系統(tǒng)現(xiàn)代數(shù)控機床對主軸驅(qū)動系統(tǒng)提出了更高的要求，其中有很高的主軸轉(zhuǎn)速和很寬的無級調(diào)速范圍等，為滿足上述要求，現(xiàn)在絕大多數(shù)數(shù)控機床均采用鼠籠式感應(yīng)交流異步電動機配矢量變換變頻調(diào)速的主軸驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動器如圖3-8所示。HSV-18S全數(shù)字交流主軸驅(qū)動單元是武漢華中數(shù)控股份有限公司繼HSV-20S系列交流主軸驅(qū)動單元后推出的新一代高壓交流主軸驅(qū)動產(chǎn)品。該驅(qū)動單元采用AC380V電源輸入。HSV-18S全數(shù)字交流主軸驅(qū)動單元采用專用運動控制數(shù)字信號處理器（DSP）、大規(guī)?，F(xiàn)場可編程邏輯陣列（FPGA）和智能化功率模塊（IPM）等當(dāng)今最新技術(shù)設(shè)計，具有025A、050A多種規(guī)格，具有很寬的功率選擇范圍?？梢愿鶕?jù)要求選配不同規(guī)格驅(qū)動單元和交流伺服主軸電機。2023/1/3124．主軸驅(qū)動系統(tǒng)2022/12/28125．可編程控制器

可編程控制器（PC，ProgrammableController）是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動控制裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的。由于最初研究這種裝置的目的，是為了解決生產(chǎn)設(shè)備的邏輯及開關(guān)量控制故也稱為可編程邏輯控制器（PLC，ProgrammableLogicController）。當(dāng)PLC用于控制機床順序動作時也可稱為可編程邏輯機床控制器（PMC，ProgrammableMachineController）。135．可編程控制器13PLC主要完成與邏輯運算有關(guān)的一些動作，沒有軌跡上的具體要求，它接受數(shù)控裝置的控制代碼M（輔助功能）、S（主軸轉(zhuǎn)速）、T（選刀、換刀）等順序動作信息，對其進行譯碼，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應(yīng)的開關(guān)動作，如工件的裝夾、刀具的更換、冷卻液的開關(guān)等一些輔助動作；它還接受機床操作面板的指令，一方面直接控制機床動作，另一方面將指令送往數(shù)控裝置用于加工過程的控制。華中數(shù)控系統(tǒng)使用的是嵌入在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的內(nèi)嵌式PLC，也稱PMC14

PLC主要完成與邏輯運算有關(guān)的一些動作，沒有軌跡上的6．測量裝置

測量裝置也稱反饋元件，通常安裝在機床的工作臺或絲杠上，它把機床工作臺的實際位移轉(zhuǎn)變成電信號反饋給數(shù)控裝置，與指令值比較產(chǎn)生誤差信號以控制機床向消除該誤差的方向移動。此外，由測量裝置和數(shù)顯環(huán)節(jié)構(gòu)成數(shù)顯裝置，可以在線顯示機床坐標值，可以大大提高工作效率和工件的加工精度。常見測量裝置有光電編碼器、光柵尺、旋轉(zhuǎn)變壓器等。華中數(shù)控系統(tǒng)可以與以上介紹的多種檢測元件進行配合使用。以華中HNC-21TF數(shù)控系統(tǒng)為例說明整個數(shù)控與其他裝置、單元連接的基本連線如圖6所示。156．測量裝置15161617圖1華中世紀星數(shù)控系統(tǒng)17圖1華中世紀星數(shù)控系統(tǒng)18圖2航天數(shù)控系統(tǒng)18圖2航天數(shù)控系統(tǒng)19圖3廣州數(shù)控系統(tǒng)19圖3廣州數(shù)控系統(tǒng)20圖4華中數(shù)控系統(tǒng)主板20圖4華中數(shù)控系統(tǒng)主板21HSV-16D全數(shù)字交流伺服驅(qū)動單元HSV-18S全數(shù)字交流伺服主軸驅(qū)動單元圖521HSV-16D全數(shù)字交流伺服驅(qū)動單元HSV-18S全數(shù)字22圖6華中系統(tǒng)連接框圖22圖6華中系統(tǒng)連接框圖23概述一、國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況

在數(shù)控系統(tǒng)方面，20世紀80年代初，國內(nèi)先后從日本、美國等國引進了一些CNC裝置及主軸、伺服系統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)，并陸續(xù)投入了批量生產(chǎn)，從而結(jié)束了數(shù)控機床發(fā)展徘徊不前的局面，推動了數(shù)控機床的發(fā)展。80年代至90年代初北京機床研究所先后引進日本FANUC的3、5、7、6系統(tǒng)進行消化吸收，與FANUC合資生產(chǎn)的各類型數(shù)控系統(tǒng)最高年產(chǎn)量已達500套。東方西門子集團引進德國西門子的3系統(tǒng)、810和820系統(tǒng)。到20世紀90年代初，國內(nèi)的數(shù)控機床及數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)具有了一定的規(guī)模，但前進中的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)正面臨十分嚴峻的形勢。1概述一、國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況24

進入WTO后，中國將進入日趨完善的國內(nèi)外相統(tǒng)一的大市場，大量數(shù)控機床及數(shù)控系統(tǒng)進口，將對發(fā)展中的數(shù)控產(chǎn)業(yè)造成巨大的沖擊，其中國家“八五”重點科技攻關(guān)項目“中華?型數(shù)控系統(tǒng)”于1991年9月28日通過國家級鑒定。該系統(tǒng)是以通用的工業(yè)控制機(32位CPU)為基礎(chǔ)的全功能數(shù)控系統(tǒng)。此系統(tǒng)在我國首次將微機客戶服務(wù)器模型用于窗口式操作系統(tǒng)。形成了一個集成化的軟件環(huán)境。此外，有關(guān)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商還根據(jù)客戶需要開發(fā)有一批不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品。如大連大森，廣州數(shù)控等。2進入WTO后，中國將進入日趨完善的國內(nèi)外相統(tǒng)一的大二、國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)介紹1．華中系統(tǒng)

華中數(shù)控系統(tǒng)是基于通用PC的數(shù)控裝置，是武漢華中數(shù)控股份有限公司在國家“八五”、“九五”科技攻關(guān)的重大科技成果。華中數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展為三大系列：世紀星系列、小博士系列和華中I型系列。世紀星系列采用通用原裝進口嵌入式工業(yè)PC機，彩色LCD液晶顯示器，內(nèi)置式PLC，可與多種伺服驅(qū)動單元配套使用；小博士系列為外配通用PC機的經(jīng)濟型數(shù)控裝置。華中世紀星系統(tǒng)如圖1所示。2023/1/325二、國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)介紹2022/12/2832.航天數(shù)控

十多年來，航天數(shù)控充分發(fā)揮航天工業(yè)的高技術(shù)優(yōu)勢，相繼開發(fā)了高、中、低檔次的多個系列的產(chǎn)品，功能覆蓋了車床、銑床、加工中心、磨床、火焰切割機等控制系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于軍工、船舶、汽車、航空、航天、造紙、建筑等各領(lǐng)域。其主要數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品CASNUC2100系列數(shù)控系統(tǒng)，如圖2所示：262.航天數(shù)控43.廣州數(shù)控

廣州數(shù)控是近幾年來發(fā)展比較迅速的數(shù)控系統(tǒng)，在我國特別是廣大南方地區(qū)有著眾多的用戶。廣州數(shù)控的主要產(chǎn)品有：GSK系列車床、銑床、加工中心數(shù)控系統(tǒng)。DA98系列全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動裝置。DY3系列混合式步進電機驅(qū)動裝置，DF3系列反應(yīng)式步進電機驅(qū)動裝置．GSKSJT系列交流伺服電動機。以其加工中心數(shù)控系統(tǒng)GSK218M為廣州數(shù)控自主研發(fā)的普及型數(shù)控系統(tǒng)(適配加工中心及普通銑床)，采用32位高性能的CPU和超大規(guī)?？删幊唐骷﨔PGA，實時控制和硬件插補技術(shù)保證了系統(tǒng)μm級精度下的高效率，可在線編輯的PLC使邏輯控制功能更加靈活強大，如圖3所示。27

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一、華中數(shù)控系統(tǒng)華中數(shù)控系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)如圖所示。28國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)組成華中數(shù)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)機床一、華中數(shù)控系統(tǒng)6國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)組成華中數(shù)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)機1．輸入輸出裝置

輸入輸出裝置主要用于零件加工程序的編制、存儲、打印、顯示或機床的加工信息的顯示等。簡單的輸入輸出裝置只包括鍵盤和若干個數(shù)碼管，較高級的系統(tǒng)一般配有CRT顯示器和液晶顯示器。291．輸入輸出裝置72．?dāng)?shù)控裝置

數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，這一部分主要包括微處理器、存儲器、外圍邏輯電路及與數(shù)控系統(tǒng)其它組成部分聯(lián)系的接口等。其原理是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)段插補出理想的運動軌跡，然后輸出到執(zhí)行部件（伺服單元、驅(qū)動裝置和機床），加工出所需要的零件。因此，輸入、軌跡插補、位置控制是數(shù)控裝置的三個基本部分，在數(shù)控系統(tǒng)中主要由數(shù)控板來完成硬件功能。如圖4所示：302．?dāng)?shù)控裝置83．伺服單元和驅(qū)動裝置

伺服單元接受來自數(shù)控裝置的進給指令，經(jīng)變換和放大后通過驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)變成機床工作臺的位移和速度。因此伺服單元是數(shù)控裝置和機床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來自數(shù)控裝置的微弱指令信號放大成控制驅(qū)動裝置的大功率信號。根據(jù)接受指令的不同伺服單元有脈沖式和模擬式之分，而模擬式伺服單元按電源種類又分為直流伺服單元和交流伺服單元。313．伺服單元和驅(qū)動裝置9

驅(qū)動裝置把放大的指令信號變成為機械運動，通過機械連接部件驅(qū)動機床工作臺，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動，最后加工出符合圖紙要求的零件。華中伺服單元如圖5所示。將電源模塊和驅(qū)動模塊集成為一體，具有結(jié)構(gòu)小巧、使用方便、可靠性高等特點。HSV-16采用最新運動控制專用數(shù)字信號處理器（DSP）、大規(guī)模現(xiàn)場可編程邏輯陣列（FPGA）和智能化功率塊（IPM）等當(dāng)今最新技術(shù)設(shè)計。它可以通過修改伺服驅(qū)動單元參數(shù)對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的工作方式、內(nèi)部參數(shù)進行設(shè)置，以適應(yīng)不同應(yīng)用環(huán)境和要求。HSV-16D全數(shù)字交流伺服電機驅(qū)動單元擁有以下四種控制方式：32驅(qū)動裝置把放大的指令信號變成為機械運動，通過機械連接部(1)位置控制方式（脈沖量接口）：HSV-16系列伺服驅(qū)動單元可以通過內(nèi)部參數(shù)設(shè)置接收三種形式的脈沖指令（正交脈沖；脈沖+方向；正、負脈沖）。(2)速度控制方式（模擬量接口）：HSV-16系列伺服驅(qū)動單元可以通過內(nèi)部參數(shù)設(shè)置為速度控制方式，可接收幅值不超過10V的（如：-10V-+10V）模擬量。(3)JOG控制方式：此種方式是HSV-16系列伺服驅(qū)動單元通過按鍵（而無須外部指令）操作使驅(qū)動單元驅(qū)動電機運動，給用戶提供的一種測試伺服驅(qū)動系數(shù)統(tǒng)安裝、連接是否正確的運行方式。(4)內(nèi)部速度控制方式：HSV-16系列伺服驅(qū)動單元在內(nèi)部速度控制的方式下，可根據(jù)伺服驅(qū)動單元內(nèi)部設(shè)定的速度運行。33(1)位置控制方式（脈沖量接口）：HSV-16系列伺服驅(qū)動4．主軸驅(qū)動系統(tǒng)現(xiàn)代數(shù)控機床對主軸驅(qū)動系統(tǒng)提出了更高的要求，其中有很高的主軸轉(zhuǎn)速和很寬的無級調(diào)速范圍等，為滿足上述要求，現(xiàn)在絕大多數(shù)數(shù)控機床均采用鼠籠式感應(yīng)交流異步電動機配矢量變換變頻調(diào)速的主軸驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動器如圖3-8所示。HSV-18S全數(shù)字交流主軸驅(qū)動單元是武漢華中數(shù)控股份有限公司繼HSV-20S系列交流主軸驅(qū)動單元后推出的新一代高壓交流主軸驅(qū)動產(chǎn)品。該驅(qū)動單元采用AC380V電源輸入。HSV-18S全數(shù)字交流主軸驅(qū)動單元采用專用運動控制數(shù)字信號處理器（DSP）、大規(guī)?，F(xiàn)場可編程邏輯陣列（FPGA）和智能化功率模塊（IPM）等當(dāng)今最新技術(shù)設(shè)計，具有025A、050A多種規(guī)格，具有很寬的功率選擇范圍?？梢愿鶕?jù)要求選配不同規(guī)格驅(qū)動單元和交流伺服主軸電機。2023/1/3344．主軸驅(qū)動系統(tǒng)2022/12/28125．可編程控制器

可編程控制器（PC，ProgrammableController）是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動控制裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的。由于最初研究這種裝置的目的，是為了解決生產(chǎn)設(shè)備的邏輯及開關(guān)量控制故也稱為可編程邏輯控制器（PLC，ProgrammableLogicController）。當(dāng)PLC用于控制機床順序動作時也可稱為可編程邏輯機床控制器（PMC，ProgrammableMachineController）。35