第四单元数控机床控制装置

模块一初识数控装置模块二FANUC0I数控装置模块三SINUMERIK802C数控装置模块一初识数控装置项目1典型数控装置的结构项目2数控装置的工作流程

数控装置接受来自信息载体的控制信息并转换成数控设备的操作(指令)信号。数控装置由输入接口、控制器、运算器、存储器和输出接口等五大部分组成

*数控装置的作用数控装置的主要作用是，读入数控加工程序，将其转换成控制机床运动和辅助功能要求的格式，分别送给进给电机控制单元、主轴电机控制单元和PLC，具有内置PLC功能的数控装置本身具有逻辑量解算功能，直接将解算结果送给机床强电控制系统。具有闭环控制功能的数控系统还会读入机床位置检测装置发出的实际位置信号，与指令位置比较后，用其差值控制机床的移动，可以获得较高的位置控制精度。主要功能基本组成数控装置在数控机床中的位置主轴伺服单元数控装置输出设备PLC进给伺服单元主轴电机进给电机位置检测机床本体接口电路操作面板输入设备数控装置软件和硬件的功能界面

早期的数控系统，它的输入、运算、插补、控制功能均由电子管、晶体管、中小规模集成电路组成的逻辑电路实现。不同的数控机床需要设计专门的逻辑电路，可靠性差，功能和灵活性差。小型机的采用，世界上第一台CNC系统于1970年问世，1974年美日等国便研究出了以微处理器为核心的数控系统，之后相继8位、16位、后16位、32位、64位CNC被应用。CNC具有体积小、结构紧凑、功能丰富、可靠性好等优点。数控装置的硬件结构

在一块半导体芯片上集成了CPU,存储器以及输入/输出接口电路，这样的芯片习惯上程为单片微型计算机（singlechipmicrocomputer,SCM）单片机的典型结构如图：系统时钟ROMCPU定时计数器串行I/O并行I/ORAMRESETINT电源1由单片机组成的数控装置典型的单片机应用系统如图：单片机EPROMRAMI/O显示器键盘通用外部设备I/OI/O扩展A/D光电隔离光电隔离光电隔离D/A数字量检测模拟量检测开关量检测开关量控制伺服驱动控制数据存储器程序存储器基本系统I/O子系统外部设备

单片机程序开发语言及支持软件，常用C,PL/M,Pascal,C语言编辑器有FRANKIN,ARCHIMEDES等，支持软件，8051、52系列inlet公司的ASM-51,PL/M-51及连接定位程序。

MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。我们也以这一代表性的机型进行系统的讲解。

MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品，其典型系统有（广州数控产品）：用80C31单片机组成的

简易数控装置的硬件系统图图中74LS02为：双极TTL数字逻辑电路，四2输入或非门，Y=A+B2764为EPROM,可擦写只读存储器GND为信号地RST为复位，左面是复位电路DG1----DG6为LED显示器CPU纸带机接口RS232接口CRT/MDI接口手摇轮接口ROM接口RAM接口PLC接口位控单元位控单元位控单元主轴单元D/AD/AD/AD/A速度单元速度单元速度单元速度单元MMMMMST功能单微处理机数控装置的结构图2单微处理机CPU数控装置

数控装置的物理结构（FANUC-6MB）单微处理机数控装置典型产品：右：FANUC150i-M系列下：华中世纪星3多CPU数控装置共享总线式多CPU数控装置结构图4基于PC的数控装置递阶式PC数控系统结构图PC＋I/O软件化数控系统结构图数控软件加工程序译码刀补处理速度控制插补处理位置控制伺服驱动PLC控制位置反馈1

数控软件的数据转换流程

译码缓冲区刀补缓冲区运行缓冲区数控装置软件的数据转换流程高4位

低4位

说明

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）.译码译码就是把用ASCⅡ码编写的零件加工程序翻译成数控系统要求的数据格式，并存放到译码缓冲区中，准备为后续程序使用。译码后的数据有两种存放格式。（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：有数据intblock_num；//程序段号doubleCOORD[20]；//尺寸字的数值，单位为μmintF，S；//进给速度和主轴速度charG_flag；//以标志形式存放的G指令charG1；//G指令表...charM_flag；//以标志形式存放的M指令charM1；//M指令表...charT；//刀具代号charD；//刀具半径值}；2）.刀补刀补处理程序主要进行以下几项工作：1．计算本段零件轮廓的终点坐标值；2．根据刀具的半径值和刀具补偿方向，计算出本段刀具中心轨迹的终点位置；3．根据本段和下一段的转接关系进行段间处理。

3）.速度预处理速度预处理程序主要完成以下几步计算：1．计算本程序段总位移量2．计算每个插补周期内的合成进给量

ΔL=FΔt/60（μm）

式中，F—进给速度值（mm/min）；Δt—数控系统的插补周期（ms）。V(t)VcOCBA恒速控制：F值恒定加减速控制：F值按照一定规律变化4）.插补处理

1．根据速度倍率值计算本次插补周期的实际合成位移量；2．计算新的坐标位置；3．将合成位移分解到各个坐标方向，得到各个坐标轴的位置控制指令。插补程序的实时性

指令位置+插补输出+Δx2，Δy2--位控输出Δx3，Δy3+X2新，Y2新实际位置增量Δx1，Δy1

实际位置X1新，Y1新X2旧，Y2旧

X1旧，Y1旧

++-5.）位置控制位置控制算法原理（1）．计算新的指令坐标位置X2新=X2旧+Δx2Y2新=Y2旧+Δy2（2）．计算实际坐标位置X1新=X1旧+Δx1Y1新=Y1旧+Δy1（3）．计算位置控制输出值Δx3=X2新-

X1新Δy3=Y2新–Y1新

位置控制是强实时性任务，所有计算必须在位置控制周期（伺服周期）内完成。伺服周期可以等于插补周期，也可以是插补周期的整数分之一。模块二FANUC0I数控装置Fanuc-0i系统功能介绍

一.刚性攻丝

二、复合加工循环

三、圆柱插补

四、直接尺寸编程五、记忆型螺距误差补偿

六、CNC内装PMC编程功能七、随机存储模块八、显示装置

九、FANUC伺服电机纳米控制超高分辨率编码器HRV可维护性高节能大奖高分辨率编码器HRV可维护性高九、FANUC伺服电机一、系统构成数控系统的硬件CPU及ROM板存储器板（RAM）轴卡Fanuc-0i系统的构成与硬件连接

PCB

电源

DC-DC

PMC

输入输出控制

MDI

HSSB存储卡插槽显示状态/报警的LED保险I/O设备I/F插座电源指示灯电源插座机床I/F插座显示器插座MDI插座手摇脉冲发生器插座机床I/F插座高速串行总线插槽存储备用电池I/Olink插座串行主轴或位置编码器插座串行主轴或模拟主轴插座伺服放大器插座检测器插座编码器电池插槽系统模块电源模块伺服模块主轴模块伺服卡交流200V通信串行接口驱动信号直流24V直流24V直流24V位置编码器接口位置编码器接口直流电源输入/出直流电源输入/出直流电源输入/出主接触器信号接口手摇脉冲发生器MDI键盘1.控制方式串行主轴接口模拟主轴接口系统与主轴间采用串行电缆通讯系统向主轴单元提供指令电压及其他控制指令，主轴单元向系统输出其状态三、系统与主轴单元的连接1.串行主轴接口三、系统与主轴单元的连接(1)接口定义1.串行主轴接口三、系统与主轴单元的连接(2)连接2.模拟主轴接口三、系统与主轴单元的连接(1)接口定义2.模拟主轴接口三、系统与主轴单元的连接(2)连接伺服A型伺服B型位置反馈线接到时CNC系统位置反馈线接到伺服放大器上伺服类型四、数字伺服1.CB104、CB105、CB106、CB107四个接口2.连接操作面板及机床的输入和输出3.地址有确定的含义，PMC编程时要使用到五、输入输出连接1有关“SETTING”的参数2有关阅读机/穿孔机接口的参数2.1所有通道共用的参数2.2有关通道1的参数(I/O=0)2.3有关通道1的参数(I/O=1)2.4有关通道2的参数(I/O=2)3有关POWERMATE管理器的参数4有关轴控制、设定单位的参数5有关坐标系的参数6有关存储式行程检测的参数7有关进给速度的参数8有关加减速控制的参数9有关伺服的参数10有关DI/DO的参数11有关MDI、显示和编辑的参数12有关程序的参数13有关螺距误差补偿的参数14有关主轴控制的参数15有关刀具补偿的参数16有关固定循环的参数16.1有关钻削固定循环的参数16.2有关螺纹切削循环的参数16.3有关多重固定循环的参数16.4有关小孔钻削循环的参数17有关刚性攻丝的参数18有关缩放/坐标旋转的参数19有关单一方向定位的参数20有关极坐标插补的参数21有关法线方向控制的参数22有关分度盘分度的参数23有关用户宏程序的参数24有关图案数据输入的参数25有关跳步功能的参数26有关自动刀具补偿(T系列)和自动刀具长度补偿(M系列)的参数27有关外部数据输入/输出的参数28有关图形显示的参数29有关运行时间和加工零件数显示的参数30有关刀具寿命管理的参数31有关位置开关功能的参数32有关手动运行和自动运行的参数33有关手动手轮进给和手动插入的参数34有关用档块设定参考点的参数35有关软操作面板的参数36有关程序再起动的参数37有关多边形加工的参数38有关PMC轴控制的参数39有关基本功能的参数40有关简易同步控制的参数41有关顺序号校对停止的参数42其它参数43有关维修的参数参数的分类模块三SINUMERIK802C数控装置一、产品种类1.SINUMERIK802S2.SINUMERIK802D3.SINUMERIK810D4.SINUMERIK840DBaselineBaseline全数字数控系统PerfectSoftware高性能数控系统西门子系统简介32位微处理器实现CNC控制。二、SINUMERIC840D产品功能1.控制类型(1)标准的数控系统适于几乎所有的应用(2)全数字化的驱动模块(3)可控轴规模(4)插补功能钻/铣/车/磨切割/激光/搬运设备31个进给轴和主轴样条/三阶多项式/控制值互联/曲线插补进给轴和主轴同步操作2.机床配置1)主轴定向2)恒切削速度3)变螺距螺纹4)主轴转速从0.1rpm—99000rpm5)最高8挡切换6)模拟±10v或数字连接SIMODRIVE611-D二、SINUMERIC840D产品功能(5)主轴配置2.机床配置(1)自动方式(2)JOG方式(3)示教（TEACHIN）(4)手动输入运行（MDA）二、SINUMERIC840D产品功能3.操作方式(1)轮廓的冲突检测(2)刀具半径补偿的进入和退出策略(3)过象限误差补偿(4)刀具长度补偿(5)螺距误差补偿(6)测量误差补偿(7)反向间隙补偿二、SINUMERIC840D产品功能4.轮廓和补偿(1)安全程序监视1)测量电路2)系统温度3)电池4)电压5)存储6)限位开关7)风扇二、SINUMERIC840D产品功能5.安全和诊断功能1)报警记录存储2)轮廓监视3)主轴监视4)PLC内部状态显示5)可编程工作区域限制(2)接口诊断二、SINUMERIC840D产品功能5.安全和诊断功能(1)程序的编辑(2)程序的输入(3)程序的删除(4)程序的拷贝(5)PLC报警文本的编辑(6)程序中插入注释语句(7)绝对值及增量值编程DIN66025标准高级语言编程特色二、SINUMERIC840D产品功能6.CNC编程(1)STEP5编程语言(2)带扩展指令集可用LAD，STL，CSF进行编程(3)编程能力1)1024个输入地址2)1024个输出地址3)128个计数器4)128个计时器二、SINUMERIC840D产品功能7.PLC编程(2)与外设通信(1)标准的PC软件二、SINUMERIC840D产品功能8.操作系统与部分硬件1)2个通用接口RS2322)磁盘驱动器接口和打印机接口屏幕文本可以在五种语言中切换（德，英，法，意，西）；可显示坐标实际值和剩余距离值，多通道显示，并具有屏幕保护功能。二、SINUMERIC840D产品功能9.显示功能1.人机界面2.数控单元3.驱动单元4.PLC模块NCK一、系统结构

HMIPLC数控系统NCK西门子802D结构实物图西门子840D结构实物图(1)MMC(2)OP(3)MCPManMachinecommunicationOperationpanelMachinecontrolpanelMMC100.