第四單元數(shù)控機(jī)床控制裝置

模塊一初識(shí)數(shù)控裝置模塊二FANUC0I數(shù)控裝置模塊三SINUMERIK802C數(shù)控裝置模塊一初識(shí)數(shù)控裝置項(xiàng)目1典型數(shù)控裝置的結(jié)構(gòu)項(xiàng)目2數(shù)控裝置的工作流程

數(shù)控裝置接受來(lái)自信息載體的控制信息并轉(zhuǎn)換成數(shù)控設(shè)備的操作(指令)信號(hào)。數(shù)控裝置由輸入接口、控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和輸出接口等五大部分組成

*數(shù)控裝置的作用數(shù)控裝置的主要作用是，讀入數(shù)控加工程序，將其轉(zhuǎn)換成控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)和輔助功能要求的格式，分別送給進(jìn)給電機(jī)控制單元、主軸電機(jī)控制單元和PLC，具有內(nèi)置PLC功能的數(shù)控裝置本身具有邏輯量解算功能，直接將解算結(jié)果送給機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)。具有閉環(huán)控制功能的數(shù)控系統(tǒng)還會(huì)讀入機(jī)床位置檢測(cè)裝置發(fā)出的實(shí)際位置信號(hào)，與指令位置比較后，用其差值控制機(jī)床的移動(dòng)，可以獲得較高的位置控制精度。主要功能基本組成數(shù)控裝置在數(shù)控機(jī)床中的位置主軸伺服單元數(shù)控裝置輸出設(shè)備PLC進(jìn)給伺服單元主軸電機(jī)進(jìn)給電機(jī)位置檢測(cè)機(jī)床本體接口電路操作面板輸入設(shè)備數(shù)控裝置軟件和硬件的功能界面

早期的數(shù)控系統(tǒng)，它的輸入、運(yùn)算、插補(bǔ)、控制功能均由電子管、晶體管、中小規(guī)模集成電路組成的邏輯電路實(shí)現(xiàn)。不同的數(shù)控機(jī)床需要設(shè)計(jì)專門的邏輯電路，可靠性差，功能和靈活性差。小型機(jī)的采用，世界上第一臺(tái)CNC系統(tǒng)于1970年問(wèn)世，1974年美日等國(guó)便研究出了以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)，之后相繼8位、16位、后16位、32位、64位CNC被應(yīng)用。CNC具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、功能豐富、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)

在一塊半導(dǎo)體芯片上集成了CPU,存儲(chǔ)器以及輸入/輸出接口電路，這樣的芯片習(xí)慣上程為單片微型計(jì)算機(jī)（singlechipmicrocomputer,SCM）單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)如圖：系統(tǒng)時(shí)鐘ROMCPU定時(shí)計(jì)數(shù)器串行I/O并行I/ORAMRESETINT電源1由單片機(jī)組成的數(shù)控裝置典型的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)如圖：?jiǎn)纹瑱C(jī)EPROMRAMI/O顯示器鍵盤通用外部設(shè)備I/OI/O擴(kuò)展A/D光電隔離光電隔離光電隔離D/A數(shù)字量檢測(cè)模擬量檢測(cè)開(kāi)關(guān)量檢測(cè)開(kāi)關(guān)量控制伺服驅(qū)動(dòng)控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器基本系統(tǒng)I/O子系統(tǒng)外部設(shè)備

單片機(jī)程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言及支持軟件，常用C,PL/M,Pascal,C語(yǔ)言編輯器有FRANKIN,ARCHIMEDES等，支持軟件，8051、52系列inlet公司的ASM-51,PL/M-51及連接定位程序。

MCS-51單片機(jī)是美國(guó)INTE公司于1980年推出的產(chǎn)品，MCS-51單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS-51系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與MCS-51單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。我們也以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。

MCS-51系列單片機(jī)主要包括8031、8051和8751等通用產(chǎn)品，其典型系統(tǒng)有（廣州數(shù)控產(chǎn)品）：用80C31單片機(jī)組成的

簡(jiǎn)易數(shù)控裝置的硬件系統(tǒng)圖圖中74LS02為：雙極TTL數(shù)字邏輯電路，四2輸入或非門，Y=A+B2764為EPROM,可擦寫只讀存儲(chǔ)器GND為信號(hào)地RST為復(fù)位，左面是復(fù)位電路DG1----DG6為L(zhǎng)ED顯示器CPU紙帶機(jī)接口RS232接口CRT/MDI接口手搖輪接口ROM接口RAM接口PLC接口位控單元位控單元位控單元主軸單元D/AD/AD/AD/A速度單元速度單元速度單元速度單元MMMMMST功能單微處理機(jī)數(shù)控裝置的結(jié)構(gòu)圖2單微處理機(jī)CPU數(shù)控裝置

數(shù)控裝置的物理結(jié)構(gòu)（FANUC-6MB）單微處理機(jī)數(shù)控裝置典型產(chǎn)品：右：FANUC150i-M系列下：華中世紀(jì)星3多CPU數(shù)控裝置共享總線式多CPU數(shù)控裝置結(jié)構(gòu)圖4基于PC的數(shù)控裝置遞階式PC數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖PC＋I(xiàn)/O軟件化數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖數(shù)控軟件加工程序譯碼刀補(bǔ)處理速度控制插補(bǔ)處理位置控制伺服驅(qū)動(dòng)PLC控制位置反饋1

數(shù)控軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

譯碼緩沖區(qū)刀補(bǔ)緩沖區(qū)運(yùn)行緩沖區(qū)數(shù)控裝置軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程高4位

低4位

說(shuō)明

1

3

G03

2

3

M03

100

X值

50

Y值

0

Z值

0

I值

50

J值

0

K值

100

F值

1）.譯碼譯碼就是把用ASCⅡ碼編寫的零件加工程序翻譯成數(shù)控系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)格式，并存放到譯碼緩沖區(qū)中，準(zhǔn)備為后續(xù)程序使用。譯碼后的數(shù)據(jù)有兩種存放格式。（1）不按字符格式的存放方法

M03G03X100.Y50.I0J50.F100.；

（2）保留字符格式的存放方法

StructPROG_BUFFER{charbuf_state；//0：空，1：有數(shù)據(jù)intblock_num；//程序段號(hào)doubleCOORD[20]；//尺寸字的數(shù)值，單位為μmintF，S；//進(jìn)給速度和主軸速度charG_flag；//以標(biāo)志形式存放的G指令charG1；//G指令表...charM_flag；//以標(biāo)志形式存放的M指令charM1；//M指令表...charT；//刀具代號(hào)charD；//刀具半徑值}；2）.刀補(bǔ)刀補(bǔ)處理程序主要進(jìn)行以下幾項(xiàng)工作：1．計(jì)算本段零件輪廓的終點(diǎn)坐標(biāo)值；2．根據(jù)刀具的半徑值和刀具補(bǔ)償方向，計(jì)算出本段刀具中心軌跡的終點(diǎn)位置；3．根據(jù)本段和下一段的轉(zhuǎn)接關(guān)系進(jìn)行段間處理。

3）.速度預(yù)處理速度預(yù)處理程序主要完成以下幾步計(jì)算：1．計(jì)算本程序段總位移量2．計(jì)算每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)的合成進(jìn)給量

ΔL=FΔt/60（μm）

式中，F(xiàn)—進(jìn)給速度值（mm/min）；Δt—數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)周期（ms）。V(t)VcOCBA恒速控制：F值恒定加減速控制：F值按照一定規(guī)律變化4）.插補(bǔ)處理

1．根據(jù)速度倍率值計(jì)算本次插補(bǔ)周期的實(shí)際合成位移量；2．計(jì)算新的坐標(biāo)位置；3．將合成位移分解到各個(gè)坐標(biāo)方向，得到各個(gè)坐標(biāo)軸的位置控制指令。插補(bǔ)程序的實(shí)時(shí)性

指令位置+插補(bǔ)輸出+Δx2，Δy2--位控輸出Δx3，Δy3+X2新，Y2新實(shí)際位置增量Δx1，Δy1

實(shí)際位置X1新，Y1新X2舊，Y2舊

X1舊，Y1舊

++-5.）位置控制位置控制算法原理（1）．計(jì)算新的指令坐標(biāo)位置X2新=X2舊+Δx2Y2新=Y2舊+Δy2（2）．計(jì)算實(shí)際坐標(biāo)位置X1新=X1舊+Δx1Y1新=Y1舊+Δy1（3）．計(jì)算位置控制輸出值Δx3=X2新-

X1新Δy3=Y2新–Y1新

位置控制是強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)，所有計(jì)算必須在位置控制周期（伺服周期）內(nèi)完成。伺服周期可以等于插補(bǔ)周期，也可以是插補(bǔ)周期的整數(shù)分之一。模塊二FANUC0I數(shù)控裝置Fanuc-0i系統(tǒng)功能介紹

一.剛性攻絲

二、復(fù)合加工循環(huán)

三、圓柱插補(bǔ)

四、直接尺寸編程五、記憶型螺距誤差補(bǔ)償

六、CNC內(nèi)裝PMC編程功能七、隨機(jī)存儲(chǔ)模塊八、顯示裝置

九、FANUC伺服電機(jī)納米控制超高分辨率編碼器HRV可維護(hù)性高節(jié)能大獎(jiǎng)高分辨率編碼器HRV可維護(hù)性高九、FANUC伺服電機(jī)一、系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)控系統(tǒng)的硬件CPU及ROM板存儲(chǔ)器板（RAM）軸卡Fanuc-0i系統(tǒng)的構(gòu)成與硬件連接

PCB

電源

DC-DC

PMC

輸入輸出控制

MDI

HSSB存儲(chǔ)卡插槽顯示狀態(tài)/報(bào)警的LED保險(xiǎn)I/O設(shè)備I/F插座電源指示燈電源插座機(jī)床I/F插座顯示器插座MDI插座手搖脈沖發(fā)生器插座機(jī)床I/F插座高速串行總線插槽存儲(chǔ)備用電池I/Olink插座串行主軸或位置編碼器插座串行主軸或模擬主軸插座伺服放大器插座檢測(cè)器插座編碼器電池插槽系統(tǒng)模塊電源模塊伺服模塊主軸模塊伺服卡交流200V通信串行接口驅(qū)動(dòng)信號(hào)直流24V直流24V直流24V位置編碼器接口位置編碼器接口直流電源輸入/出直流電源輸入/出直流電源輸入/出主接觸器信號(hào)接口手搖脈沖發(fā)生器MDI鍵盤1.控制方式串行主軸接口模擬主軸接口系統(tǒng)與主軸間采用串行電纜通訊系統(tǒng)向主軸單元提供指令電壓及其他控制指令，主軸單元向系統(tǒng)輸出其狀態(tài)三、系統(tǒng)與主軸單元的連接1.串行主軸接口三、系統(tǒng)與主軸單元的連接(1)接口定義1.串行主軸接口三、系統(tǒng)與主軸單元的連接(2)連接2.模擬主軸接口三、系統(tǒng)與主軸單元的連接(1)接口定義2.模擬主軸接口三、系統(tǒng)與主軸單元的連接(2)連接伺服A型伺服B型位置反饋線接到時(shí)CNC系統(tǒng)位置反饋線接到伺服放大器上伺服類型四、數(shù)字伺服1.CB104、CB105、CB106、CB107四個(gè)接口2.連接操作面板及機(jī)床的輸入和輸出3.地址有確定的含義，PMC編程時(shí)要使用到五、輸入輸出連接1有關(guān)“SETTING”的參數(shù)2有關(guān)閱讀機(jī)/穿孔機(jī)接口的參數(shù)2.1所有通道共用的參數(shù)2.2有關(guān)通道1的參數(shù)(I/O=0)2.3有關(guān)通道1的參數(shù)(I/O=1)2.4有關(guān)通道2的參數(shù)(I/O=2)3有關(guān)POWERMATE管理器的參數(shù)4有關(guān)軸控制、設(shè)定單位的參數(shù)5有關(guān)坐標(biāo)系的參數(shù)6有關(guān)存儲(chǔ)式行程檢測(cè)的參數(shù)7有關(guān)進(jìn)給速度的參數(shù)8有關(guān)加減速控制的參數(shù)9有關(guān)伺服的參數(shù)10有關(guān)DI/DO的參數(shù)11有關(guān)MDI、顯示和編輯的參數(shù)12有關(guān)程序的參數(shù)13有關(guān)螺距誤差補(bǔ)償?shù)膮?shù)14有關(guān)主軸控制的參數(shù)15有關(guān)刀具補(bǔ)償?shù)膮?shù)16有關(guān)固定循環(huán)的參數(shù)16.1有關(guān)鉆削固定循環(huán)的參數(shù)16.2有關(guān)螺紋切削循環(huán)的參數(shù)16.3有關(guān)多重固定循環(huán)的參數(shù)16.4有關(guān)小孔鉆削循環(huán)的參數(shù)17有關(guān)剛性攻絲的參數(shù)18有關(guān)縮放/坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的參數(shù)19有關(guān)單一方向定位的參數(shù)20有關(guān)極坐標(biāo)插補(bǔ)的參數(shù)21有關(guān)法線方向控制的參數(shù)22有關(guān)分度盤分度的參數(shù)23有關(guān)用戶宏程序的參數(shù)24有關(guān)圖案數(shù)據(jù)輸入的參數(shù)25有關(guān)跳步功能的參數(shù)26有關(guān)自動(dòng)刀具補(bǔ)償(T系列)和自動(dòng)刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償(M系列)的參數(shù)27有關(guān)外部數(shù)據(jù)輸入/輸出的參數(shù)28有關(guān)圖形顯示的參數(shù)29有關(guān)運(yùn)行時(shí)間和加工零件數(shù)顯示的參數(shù)30有關(guān)刀具壽命管理的參數(shù)31有關(guān)位置開(kāi)關(guān)功能的參數(shù)32有關(guān)手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行的參數(shù)33有關(guān)手動(dòng)手輪進(jìn)給和手動(dòng)插入的參數(shù)34有關(guān)用檔塊設(shè)定參考點(diǎn)的參數(shù)35有關(guān)軟操作面板的參數(shù)36有關(guān)程序再起動(dòng)的參數(shù)37有關(guān)多邊形加工的參數(shù)38有關(guān)PMC軸控制的參數(shù)39有關(guān)基本功能的參數(shù)40有關(guān)簡(jiǎn)易同步控制的參數(shù)41有關(guān)順序號(hào)校對(duì)停止的參數(shù)42其它參數(shù)43有關(guān)維修的參數(shù)參數(shù)的分類模塊三SINUMERIK802C數(shù)控裝置一、產(chǎn)品種類1.SINUMERIK802S2.SINUMERIK802D3.SINUMERIK810D4.SINUMERIK840DBaselineBaseline全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)PerfectSoftware高性能數(shù)控系統(tǒng)西門子系統(tǒng)簡(jiǎn)介32位微處理器實(shí)現(xiàn)CNC控制。二、SINUMERIC840D產(chǎn)品功能1.控制類型(1)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控系統(tǒng)適于幾乎所有的應(yīng)用(2)全數(shù)字化的驅(qū)動(dòng)模塊(3)可控軸規(guī)模(4)插補(bǔ)功能鉆/銑/車/磨切割/激光/搬運(yùn)設(shè)備31個(gè)進(jìn)給軸和主軸樣條/三階多項(xiàng)式/控制值互聯(lián)/曲線插補(bǔ)進(jìn)給軸和主軸同步操作2.機(jī)床配置1)主軸定向2)恒切削速度3)變螺距螺紋4)主軸轉(zhuǎn)速?gòu)?.1rpm—99000rpm5)最高8擋切換6)模擬±10v或數(shù)字連接SIMODRIVE611-D二、SINUMERIC840D產(chǎn)品功能(5)主軸配置2.機(jī)床配置(1)自動(dòng)方式(2)JOG方式(3)示教（TEACHIN）(4)手動(dòng)輸入運(yùn)行（MDA）二、SINUMERIC840D產(chǎn)品功能3.操作方式(1)輪廓的沖突檢測(cè)(2)刀具半徑補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)入和退出策略(3)過(guò)象限誤差補(bǔ)償(4)刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償(5)螺距誤差補(bǔ)償(6)測(cè)量誤差補(bǔ)償(7)反向間隙補(bǔ)償二、SINUMERIC840D產(chǎn)品功能4.輪廓和補(bǔ)償(1)安全程序監(jiān)視1)測(cè)量電路2)系統(tǒng)溫度3)電池4)電壓5)存儲(chǔ)6)限位開(kāi)關(guān)7)風(fēng)扇二、SINUMERIC840D產(chǎn)品功能5.安全和診斷功能1)報(bào)警記錄存儲(chǔ)2)輪廓監(jiān)視3)主軸監(jiān)視4)PLC內(nèi)部狀態(tài)顯示5)可編程工作區(qū)域限制(2)接口診斷二、SINUMERIC840D產(chǎn)品功能5.安全和診斷功能(1)程序的編輯(2)程序的輸入(3)程序的刪除(4)程序的拷貝(5)PLC報(bào)警文本的編輯(6)程序中插入注釋語(yǔ)句(7)絕對(duì)值及增量值編程DIN66025標(biāo)準(zhǔn)高級(jí)語(yǔ)言編程特色二、SINUMERIC840D產(chǎn)品功能6.CNC編程(1)STEP5編程語(yǔ)言(2)帶擴(kuò)展指令集可用LAD，STL，CSF進(jìn)行編程(3)編程能力1)1024個(gè)輸入地址2)1024個(gè)輸出地址3)128個(gè)計(jì)數(shù)器4)128個(gè)計(jì)時(shí)器二、SINUMERIC840D產(chǎn)品功能7.PLC編程(2)與外設(shè)通信(1)標(biāo)準(zhǔn)的PC軟件二、SINUMERIC840D產(chǎn)品功能8.操作系統(tǒng)與部分硬件1)2個(gè)通用接口RS2322)磁盤驅(qū)動(dòng)器接口和打印機(jī)接口屏幕文本可以在五種語(yǔ)言中切換（德，英，法，意，西）；可顯示坐標(biāo)實(shí)際值和剩余距離值，多通道顯示，并具有屏幕保護(hù)功能。二、SINUMERIC840D產(chǎn)品功能9.顯示功能1.人機(jī)界面2.數(shù)控單元3.驅(qū)動(dòng)單元4.PLC模塊NCK一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

HMIPLC數(shù)控系統(tǒng)NCK西門子802D結(jié)構(gòu)實(shí)物圖西門子840D結(jié)構(gòu)實(shí)物圖(1)MMC(2)OP(3)MCPManMachinecommunicationOperationpanelMachinecontrolpanelMMC100.