数控技术第4章

第4章

计算机数字控制装置(CNC)2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕4.1CNC系统的组成及特点

EIA(美国电子工业协会)所属的数控标准化委员会的定义:“CNC是用一个存储程序的计算机，按照存储在计算机内的读写存储器中的控制程序去执行数控装置的部分或全部功能，在计算机之外的唯一装置是接口”。

ISO(国际标准化组织)的定义:“数控系统是一种控制系统，它自动阅读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机床移动和加工零件”。

4.1.1CNC系统的定义与结构2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置（轨迹）控制系统，其本质上是以多执行部件(各运动轴)的位移量、速度为控制对象并使其协调运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。

从外部特征来看，CNC系统是由硬件（通用硬件和专用硬件）和软件（专用）两大部分组成的。2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕控制单元主轴电机进给伺服电机电子手轮I/O模块机床控制面板CNC键盘驱动系统2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕程序输入设备输出设备CNC装置PLC位置检测器进给电机机床主轴电机主轴控制单元速度控制单元2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕

CNC系统平台硬件操作系统管理软件应用软件控制软件数控加工程序

接口被控设备机床机器人测量机

......2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕

CNC系统的硬件和软件构成了CNC系统的系统平台；

硬件和软件的构筑方式称为CNC系统的体系结构。体系结构的重要性：直接关系到系统的设计、开发、更新、扩展以及使用、维护的效率、成本。

学习了解CNC体系结构的目的：指导设计开发；有助于对现有系统的了解、分析、评估、选用、维护、诊断。硬件是基础，软件是灵魂2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕

美国艾伦•勃兰特雷公司二十世纪70年代中期生产的7360系统，是世界上第一个CNC系统，是该公司于1971年公布的。2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕7360系统的硬件结构键盘CRT阅读机穿孔机DNC主控计算机主控制面板辅助控制面板工业处理机I/O多路接口位置反馈直流开关输入接口直流电磁驱动接口主轴伺服入出接口机床伺服输出调速环节MRIRAM处理机前面板2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕操作面板它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器；它是数控机床特有部件。安装形式：吊挂式、床头式、控制柜式、控制台式2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕4.1.2CNC系统的软件输入数据处理程序插补运算及位置控制程序速度控制程序系统管理程序诊断程序方法

1运行中诊断:1）代码和检查内存

2）格式检查（奇、偶、补偿指令、数据超限）

3）双向传递检查

4）清单检验，用打印机、CRT5）电压温度、速度检测监控2停机诊断有自诊断程序3通讯诊断由诊断中心进行，发出诊断程序。接收输入的零件加工程序，对用标准代码表示的加工指令和数据进行翻译/整理，按所规定的格式存放。输入译码数据处理根据合成速度计算各运动坐标方向的分速度。控制脉冲分配的速度，即控制插补运算的频率。对数据输入、处理及加工过程服务等各个子程序进行调度商业化的CNC装置多数配有自诊断程序。2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕4.1.3计算机数控系统的特点灵活性通用性可靠性易于实现许多复杂的功能使用维修方便只要改变系统软件，就可改变和扩展其功能，补充新技术，延长硬件结构的使用期硬件有多种通用的模块化结构，易于扩展许多功能由软件实现，硬件结构大大简化,用大规模和特大规模通用和专用集成电路如高次曲线插补、动静态图形显示等功能CNC的诊断程序使维修非常方便2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕4.2计算机数控系统的硬件结构

CNC装置的体系结构分为：■单微处理机结构■PC数控系统■多微处理机结构

主从结构多主结构分布式结构4.2.1CNC系统的硬件构成特点系统中只有一个CPU(主CPU)处于主导地位，对系统资源有控制和使用权，其他CPU处于从属地位，只能接受主CPU的控制命令或数据，或向主CPU发出请求信息以获得所需的数据。整个系统有两个或两个以上的带CPU的功能部件对系统资源有控制和使用权。模块间采用紧耦合。整个系统有两个或两个以上的带CPU的功能模块，每个模块有独立的运行环境，模块间采用松耦合。2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕4.2.2单微处理机结构CPUROMRAMIN接口OUT接口阅读机

接口MDI/CRT

接口位置

控制其它接口总线单微处理器硬件结构图以一个CPU（中央处理器）为核心，CPU通过总线与存储器和各种接口相连接，采取集中控制、分时处理的工作方式，完成数控加工各个任务微处理器、存储器、总线、接口等。接口包括I/O接口、串行接口、CRT/MDI接口、数控技术中的控制单元部件和接口电路，如位置控制单元、可编程控制器（PLC）、主轴控制单元、穿孔机和纸带阅读机接口，以及其它选件接口等2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕微处理器CPU总线EPROMRAM程序输入/输出I/O接口位置控制器MDI/CRT可编程控制器通信接口经济型数控系统常用结构2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕4.2.3多微处理机结构多微处理机CNC装置结构的特点

（1）性能价格比高（2）可靠性高（3）有良好的适应性和扩展性（4）硬件易于组织规模生产在多微处理机组成的CNC装置中可以根据具体情况合理划分功能模块：1）CNC管理模块2）存储器模块3）CNC插补模块4）位置控制模块5）操作控制数据输入、输出和显示模块6）PLC模块2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕其他外围设备I/O接口辅助功能CPU|输入端|输出端可编程控制器

CNC插补模块|位置控制模块|几何处理其他功能管理模块存储器多微处理机CNC系统并联数据总线4.2.3多微处理机结构2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕典型的结构:共享总线型、共享存储器型及混合型结构4.2.3多微处理机结构多微处理机共享总线结构框图所有主、从模块都插在配有总线插座的机柜内，共享严格设计定义的标准系统总线。系统总线的作用是把各个模块有效地连接在一起，按照要求交换各种数据和控制信息，构成一个完整的系统，实现各种预定的功能。总线：

STDbus（支持8位和16位字长）

Multibus（Ⅰ型支持16位字长，Ⅱ型支持32位字长）

S-100bus（可支持16位字长）

VERSAbus（可支持32位字长）

VMEbus（可支持32位字长）只有主模块有权控制使用系统总线。由于某一时刻只能由一个主模块占有总线，必须要有仲裁电路来裁决。结构与仲裁总线仲裁及其方式：串行方式和并行方式串行总线仲裁方式：优先权的排列是按连接位置确定。并行总线仲裁方式：专用逻辑电路，优先权编码方案模块之间的通讯：公共存储器2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕串行总线仲裁连接方式主模块1主模块2主模块3总线优先权入总线优先权出总线忙入忙出入忙出优先权的排列是按连接位置决定的。某个主模块只有在前面优先权更高的主模块不占用总线时，才可使用总线，同时通知它后面优先权较低的主模块不得使用总线。FANUC系统2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕并行总线仲裁连接方式主模块1总线优总线总线优先权入忙先权出主模块3入忙出译器码主模块2入忙出优先权编器码…要配置专用逻辑电路来解决主模块的判优问题，通常采用优先权编码方案2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕双端口存储器结构框图多CPU共享存储器框图端口1存储控制逻辑地址和数据多路转换器RAM共享存储器I/O(CPU)CRT(CPU2)轴控制（COU4）插补(CPU3)端口2中断控制从机床来的控制信号至机床的控制信号共享存储器结构解决访问冲突美国GE公司的MTC1-CNC系统采用多端口存储器来实现各微处理机之间的互联和通信2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕7M系统的硬件结构CRT/MDI操作面板模块(CPU)通信模块(CPU)自动编程模块(CPU)主存储器模块通信模块(CPU)I/O单元驱动伺服单元主轴单元PLC模块(CPU)位置控制模块(CPU)主轴控制模块FANUCBUS2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕4.2.4PC数控系统（开放式数控系统）随着科技的发展和生产的需求，需要一种灵活（功能可组、可扩展、可添加）的开放式数控系统，打破当前的“封闭式的”数控系统。硬件配置单元软件配置单元标准计算机硬件数控系统基本硬件数控功能应用程序DOS(WINDOWS)实时多任务操作系统RTM应用程序接口NC构件库开放式数控装置的概念结构2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕国内外开放式数控系统的研究进展几大研究计划美国：NGC(TheNextGenerationWork-station/MachineController)和OMAC(OpenModularArchitectureController)计划欧共体：OSACA（OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)计划日本：OSEC(OpenSystemEnvironmentforController)计划华中I型——基于IPC的CNC开放体系结构航天I型CNC系统——基于PC的多机CNC开放体系结构开放程度：1）CNC可以直接地或通过网络运行各种应用软件2）用户操作界面的开放。3）NC内核的深层次开放(①PC+实时硬插件；②PC+实时软中断)。开放式数控系统的发展趋势：1）在控制系统技术，接口技术、检测传感技术、执行器技术、软件技术五大方面开发出优质、先进、适销的经济、合理的开放式数控系统。2）主攻方向是进一步适应高精度、高效率（高速）高自动化加工的需求。3）网络化2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕SKY数控铣床系统框图2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕I/O设备计算机主板显示卡功能模板m功能模板1存储器多功能卡位置控制板n位置控制板1PLC模块主轴控制模板机床I/O控制面板速度控制单元1速度控制单元n功能驱动1功能驱动m…………系统

总线（BUS）标准PC计算机华中数控I型CNC系统2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕运动控制卡运动控制是控制技术与运动系统相结合的产物，它以微处理器、DSP为核心，综合硬件设计、软件编程、运动轨迹设计、控制算法分析、实时伺服驱动等功能，以实现对运动轨迹、位移、速度、加速度、力和力矩的自动控制，广泛应用于机械制造、航空航天、食品、纺织、医疗卫生以及家用电气等众多领域。高性能运动控制卡是各类专用数控系统快速开发的支撑技术。2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕DeltaTauPMACI型多轴运动控制卡(PCI)数控系统DeltaTauPMACI型多轴运动控制卡(PC104)2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕4.3CNC系统的软件结构4.3.1CNC软硬件组合类型纸带输入插补准备插补位控软件硬件硬件第一种介质输入插补准备插补位控硬件硬件介质输入插补准备插补位控速控电机测量软件硬件软件硬件第二种第三种2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕4.5CNC系统的输入及数据处理

1.零件程序的输入

零件程序的输入包括两方面的内容:1）从U盘、键盘输入到零件程序存储器。

2）从零件程序存储器将零件程序的程序段送入缓冲器（缓冲存储区）。4.5.1CNC系统的输入2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕存数过程取数过程磁盘（U盘）零件程序零件程序缓冲器零件程序存储器零件程序存储器零件程序缓冲器译码2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕阅读机零件程序存储器MDI键盘零件程序缓冲区MDI缓冲区译码磁盘2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕4.5.2输入数据处理输入数据处理程序又叫插补准备程序，主要任务有3项：译码、刀具补偿（运动轨迹计算）和进给速度计算。另外，还包括诸如换刀、主轴启停、冷却液开、闭等辅助功能。译码程序是一个翻译，即把零件程序段的信息按一定规则翻译成计算机系统能识别的数据形式，并按系统规定的格式存放在译码结果缓冲器（DS）中刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿，目的是将零件轮廓轨迹转化成刀具中心轨迹，减轻程编工作量。刀具补偿后刀具中心轨迹的数据存放在刀补缓冲器（CS）中速度计算主要解决加工运动中的速度问题。速度处理因插补方式而异，对于脉冲增量插补方式主要是计算输出脉冲的频率；对于数字采样插补方式则需根据程编速度计算出采样周期内的位移量(L)。这部分数据处理的结果存放在系统工作缓冲器（AS）中数据流动过程

零件程序

缓冲器

BS

零件结果

缓冲器

DS

刀补处理

缓冲器

CS

系统工作

缓冲器

AS

插补工作

寄存器

OS

译码

刀具补偿

速度计算

传送

2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕加工程序译码刀补处理速度预处理插补处理位置处理伺服驱动刀补缓冲区CS运行缓冲区OSPLC控制译码缓冲区DS位置反馈插补缓冲区AS2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕（1）译码

定义：译码程序是以程序段为单位对信息进行处理，把其中的各种工件轮廓信息（如起点、终点，直线和圆弧）、加工速度F和其它辅助信息（M.S.T）依照计算机能识别的数据形式，并以一定的格式存放在指定的内存专用区间。在译码过程中，还要完成对程序段的语法检查，若发现语法错误立即报警。方法：解释和编译。内容：代码识别、各功能代码的译码字符EIA码ISO码内部代码字符EIA码ISO码内部代码020H30H00HX37HB9H12H101HB1H01HY38H59H13H202HB2H02HZ29H5AH14H313H33H03HI79HC9H15H404HB4H04HJ51HCAH16H515H35H05HK52H4BH17H616H36H06HF76HC6H18H707HB7H07HM54H4DH19H808HB8H08HLF/CR80H0AH20H919H39H09H40H2DH21HN45H4EH10HDEL7FHFFHFFHG67H47H11H0BHA5H22H2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕经代码识别设立了各功能代码的标志后，就可以分别对各功能码进行处理了。对于不同的CNC系统来说，编程格式是有各自的规定的。可将译码结果缓冲器设计与零件程序段格式相对应。对于16位字长的计算机来说：功能地址码只要一个单元就够了。坐标值等以二进制数存放数据的功能字，需准备二个单元。MA～MC，GA～GG是考虑到了CNC系统允许一个程序段中同时出现不止一个准备功能（G代码）和辅助功能（M代码）而设置的。在此没有必要为每一种G代码或M代码准备一个单元，因为某些G代码或M代码是不允许同时出现在一个程序段中的，即是互相排斥的。例如，G00，G01，G02，G03和G33是不可能在同一程序段中出现的，否则将是编程出错。如果将G代码（M代码）整理分组，把不能同时出现在同一程序段的G代码（M代码）归为一组，就可以缩小缓冲器容量，还能查出编程错误。地址码字节数数据存放形式N1二——十进制X2二进制Y2二进制Z2二进制I2二进制J2二进制K2二进制F2二进制S2二进制T1二——二进制MA1特征字MB1特征字GA1特征字GB1特征字GC1特征字GD1特征字GE1特征字GF1特征字GG1特征字组号G代码功能GAG00定位（快速进给）G01直线插补（切削进给）G02顺时针圆弧插补G03逆时针圆弧插补G33(G32)螺纹切削GBG04暂停GDG40取削刀具补偿G41刀具半径补偿（刀具在工件左侧）G42刀具半径补偿（刀具在工作右侧）GCG28自动返回参考点G29自动离开参考点GEG80取消固定循环G81~89固定循环GFG90绝对值输入方式G91增量值输入方式GGG92工作坐标系设立2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕译码程序2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕4.5刀具补偿原理编制零件加工程序时，零件的尺寸信息取自零件轮廓线，但是实际切削时，CNC系统通过控制刀具中心实现加工轨迹，切削时是使用刀尖或刀刃边缘完成，这样就需要在刀具中心与刀具切削点之间进行位置偏置，从而使数控系统的控制对象由刀具中心变换到刀尖或刀刃边缘。这种变换的过程就称之为刀具补偿。刀具长度补偿刀具半径补偿2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕4.5.1刀具长度补偿假设刀头半径RS=0，这时可采用刀具长度测量装置测出理论刀尖点P相对于刀架参考点的坐标XPF和ZPF，并存入刀具参数表中

XPF=XPXZPF=ZPZ

2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕4.5.2刀具半径补偿将编程时工件轮廓数据转换成刀具中心轨迹数据,刀具半径补偿方法主要分：B刀具半径补偿C刀具半径补偿

B功能刀具半径补偿不能处理尖角过渡问题ABC外轮廓加工内轮廓加工转接轮廓加工A’B’C”C’刀具2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕B功能刀具半径补偿计算◆直线加工时刀具半径补偿VSVSYXA(x,y)A’(x’,y’)∆y∆xOO’⍺r2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕◆圆弧加工时刀具半径补偿YO圆弧刀具半径补偿rXA′(x0′,Y0′)B′(xe′,Y

e′)B(Xe,,ye)A(X0,,Y0)KRΔXΔYαα2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕C功能刀具半径补偿处理两个程序段间转接（即尖角过渡）的各种情况

CSASOSDSCNCASOSNCASOSDS改进NCC刀具补偿的设计思想缓冲寄存器：DS存放再下一个程序段刀补缓冲区：CS存放下一个的程序段工作寄存器：AS存放正在加工的程序段输出寄存器：OS存放运算结果为伺服系统的控制信息2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕

刀具半径补偿是在译码之后进行，译码译出一段并不立即进行刀补，译出的若是下一段，则对本段进行刀补，而正在插补加工的是上一段。rrPiPi-1rrPi+1

CNC系统专门设立了刀补缓冲区CS.

刀补过程:2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕DS缓冲寄存器CS刀补缓冲区AS工作寄存器OS输出寄存器Pi-1Pi-11Pi-1rPirrPi2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕rrPiPi-1rDS缓冲寄存器PiCS刀补缓冲区AS工作寄存器OS输出寄存器Pi-1Pi-1Pi-1DS缓冲寄存器CS刀补缓冲区PiAS工作寄存器OS输出寄存器Pi-1Pi-12/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕DS缓冲寄存器CS刀补缓冲区AS工作寄存器OS输出寄存器PiDS缓冲寄存器CS刀补缓冲区AS工作寄存器OS输出寄存器6PiPi+1Pi+2Pi-1Pi+1PiPi-1Pi+1rPi+1rrPiPi-1rPi+22/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕刀具半径补偿的执行过程分为三个步骤：1）刀补建立——刀具从起刀点接近工件过程中，根据G41或G42所指定的刀补方向，控制刀具中心轨迹相对原来的编程轨迹的法线方向伸长或缩短一个刀具半径值的距离。2）刀补进行——控制刀具中心轨迹始终垂直偏移编程轨迹一个刀具半径值的距离。3）刀补撤消——在刀具撤离工作表面返回到起刀点的过程中，根据刀补撤消前G41或G42的情况，控制刀具中心轨迹相对原来的编程轨迹法线方向伸长或缩短一个刀具半径值的距离。2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕程序段间转接情况分析180°＜＜360°90°≤＜180°0°＜＜90°直线与直线直线与圆弧圆弧与圆弧转接方式：依据前后两段轨迹的连接方式分为缩短型伸长型插入型据前后两段轨迹的矢量夹角和刀补方向分为转接类型：转接角为两个相邻零件轮廓段交点处在工件侧的夹角2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕刀补建立示意图a）缩短型b）伸长型c）插入型刀补进行示意图a）缩短型b）伸长型c）插入型

刀补撤消示意图a）缩短型b）伸长型c）插入型2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕方向矢量和刀具半径矢量为了便于对各种编程情况进行综合分析，从中找出内在规律来，C刀补计算过程中均采用矢量方法进行（1）方向矢量与运动方向一致的单位矢量，用ld表示2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕

刀具半径矢量与方向矢量a）左刀补b）右刀补（2）刀具半径矢量指加工过程中始终垂直于编程轨迹，且大小等于刀具半径值，方向指向刀具中心的矢量。用设运动轨迹相对于X轴的倾角为，直线的方向矢量为ld，刀具半径为r，刀具半径矢量为rd

=Xd

i+Ydj，sin

=Yl

cos=Xl

规定左刀补（G41）时r＞0，右刀补（G42）时r＜0：2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕C伸长型转接：OKJBDAFYGXC插入型转接：JBC’DOFKXYAG缩短型转接：OBADCFJKGYX2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕转接类型的判别XYA(X0,Y0)B(X1,Y1)C(X2,Y2)sin

=sgn

(r)(Y2X1X2Y1)/(d1d2)

cos

=(Y2Y1+X2X1)/(d1d2)

缩短型条件：伸长型条件：插入型条件：2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕4.5.3刀具半径补偿计算运用矢量方法求出刀补轨迹上的各个转接点坐标值。分：直线接直线直线接圆弧圆弧接直线圆弧接圆弧2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕（1）直线接直线Xsl=X1rYl2

Ysl=Y1+rX

l2刀补建立Xsl=X1rYl1

Ysl=Y1+rX

l1刀补撤销刀补进行（Ⅰ）缩短型2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕（Ⅱ）伸长型Xsl=X1rYl1

Ysl=Y1+rX

l1刀补建立Xs2=X1rYl2

Ys2=Y1+rX

l2刀补撤销刀补进行2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕（Ⅲ）插入型2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕（2）直线接圆弧（Ⅰ）缩短型（Ⅱ）伸长型（Ⅲ）插入型2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕（3）圆弧接直线（Ⅰ）缩短型（Ⅱ）伸长型（Ⅲ）插入型2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕（4）圆弧接圆弧2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕改变刀补方向改变刀补半径2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕N3 G91X150LFN4 M08LF（雾状冷却）N5 M09LF（关切削液）N6 Y-50LFN7 X50LFN3 G91X150LFN4 X0LFN5 Y-50LF2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕OAHGA’FefghijklC功能刀具补偿实例2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕4.6PLC在CNC系统中的应用

PLC的典型结构完成电信号电平转换、处理器电路与外界的隔离、数/模和模/数转换以及故障指示等功能。2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕内装型PLC

独立型PLCCNC系统的生产厂家为实现数控机床的顺序控制，而将CNC和PLC综合起来设计。内装型PLC是CNC装置的一部分内装型PLC不能独立工作2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕ⅰ在硬件上，内装型PLC与CNC装置共用一个CPU西门子公司的SINUMERIK810、820等数控系统在硬件上，内装型PLC也可是单独的CPU♂FANUC的0系统和15系统♂美国A-B公司的8400系统和8600系统这种PLC的硬件和软件整体结构上合理、实用，性能价格比高，适用于类型变化不大数控机床。2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕独立型PLC由专业化生产厂家生产的PLC产品来实现顺序控制，称为独立型PLC。独立型PLC的特点※

独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定的控制任务。※

独立型PLC的生产厂家较多，品种、类型丰富，使用户有较大的选择余地。2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕具有独立型PLC的CNC系统结构2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕主要功能例如♀西门子公司的SIMATICS5、S7系列产品♀

FANUC公司的PMC-J系列产品♀A-B公司的PLC系列产品输入/输出信号接口技术规范程序存储容量运算和控制功能♀

Canada·Entertron公司SK-1600PLC系列产品2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕用户程序的循环扫描过程输入采样阶段：通常在扫描周期的开始或结束时，以扫描方式顺序读入所有输入端的状态，并将此状态存入输入映像区，供用户程序执行时取用。程序执行阶段：在无中断或跳转指令的情况下，根据梯形图程序从首地址开始按自左向右、自上而下的顺序，对每条指令逐句进行扫描，扫描一条，执行一条。输出刷新阶段：CPU将输出映像区的内容集中转存到输出锁存器，然后传送到各相应的输出端子，最后再驱动实际输出负载。集中采样集中输出2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕电动机的起动与停止控制程序停止优先起动优先输入信号输出信号停止按钮SB1I0.1接触器KMQ0.1起动按钮SB2I0.22/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕FANUC数控系统2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕

FANUC数控系统FANUC数控系统的系列与特点（1）FANUC0i系统与FANUCl6/18/21等系统的结构相似，均为模块化结构。其集成度较FANUC0系统的集成度更高，因此0i控制单元的体积更小，便于安装排布。（2）采用全字符键盘，可用B类宏程序编程，使用方便。（3）用户程序区容量比0MD系统大一倍，有利于较大程序的加工。（4）使用编辑卡编写或修改梯形图，携带与操作都很方便。（5）使用存储卡存储或输入机床参数、PMC程序以及加工程序，操作简单方便。（6）系统具有HRV(高速矢量响应)功能，伺服增益设定比0MD系统高一倍，理论上可使轮廓加工误差减少一半。宏程序包含：数控程序段算术或逻辑运算(=)的程序段。控制语句程序段。宏程序调用指令调用指令格式：G65

P（宏程序号）L（重复次数）（变量分配）

改变了0系统大板结构模块形式，改为主板和I/O板的竖式结构Flash存储模块（存梯形图）PCMCIA存储卡HSSB串行总线（与上位机连接）FANUC数控系统二、FANUC数控系统的系列与特点（7）机床运动轴的反向间隙，在快速移动或进给移动过程中由不同的间隙补偿参数自动补偿。（8）0i系统可预读12个程序段，比0MD系统多。（9）与0MD系统相比，0i系统的PMC程序基本指令执行周期短，容量大，功能指令更丰富，使用更方便。（10）0i系统的界面、操作、参数等与18i、16i、21i基本相同。（11）0i系统比0M、0T等产品配备了更强大的诊断功能和操作信息显示功能，给机床用户使用和维修带来了极大方便。（12）在软件方面0i系统比0系统也有很大提高，特别在数据传输上有很大改进。机床操作面板按键可自由定义改变了0系统由用户进行功能配置的方法，改为功能打包形式，分为：A，B两种形式，从而减轻用户的负担FANUC数控系统FANUC数控系统FANUC数控系统FANUC数控系统单元二FANUC数控系统的部件连接一、控制单元的连接(FANUC0i)控制单元的构成控制单元各部位的名称控制单元的连接原理图1项目一数控系统概述控制单元的连接原理图2I/O板插座配置图手摇脉冲发生器可增至3个在同步和异步方式中，0i系统使用了异步方式机床操作面板和机床I/O信号均通过4个插头进入0i系统内置的I/O卡西门子系统2/6/2023南京理工大学机械工程学院黄新燕

西门子数控系统-组成单元一西门子数控系统概述802S

802CeeApr.97~Apr.03May03~Oct.03基本系列价格功能系列810D840D802DV2.1

802Sbaseline802Cbaseline&

SimoDriveBaseline802DBaseline性能SINUMERIK

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Cbaseline单元一西门子数控系统概述sinumerik802dbaseline单元一西门子数控系统概述单元一西门子数控系统概述PCU（PanelControl）是核心，集成了：

Profibus接口手轮接口用于数据备份的PCMCIA接口各软件部件：NCK、HMI、PLC10.4单色或彩色TFT液晶显示屏PCMCIA（PersonalComputerMemoryCardInternationalAssociation）即个人计算机存储卡协会PC卡有三种外形规格，长宽都一样，是85.6mm×54mm，但厚度不同：Ⅰ型卡（TypeⅠ）厚3.3mm，用于存贮器（如内存、SRAM缓存、闪存等）；Ⅱ型卡（TypeⅡ）厚5.0mm，是当今的一种主流标准，用于大多数设备，如Modem卡、网卡、闪存卡、