数控原理与系统 课件 项目二 数控系统的硬件连接

数控原理与系统——项目二数控系统的硬件连接项目任务学习单元参考学时项目名称任务描述2.数控系统的硬件连接1.掌握数控系统的工作过程。2.掌握数控系统的插补原理。3.理解数据预处理的过程、轨迹插补与刀具补偿的原理。4.掌握数控系统参数的装载、备份

2.1CNC装置的工作过程的认知282.2CNC装置的插补22.3数控系统参数的装载、备份4任务2数控系统的认知课时12专业能力掌握数控系统的工作过程及插补原理，对FANUC0i-D系统的硬件连接有认知，能够独立完成相关参数的装载及备份。教学任务教学内容教学重难点1.掌握FANUC0i-D系统的硬件模块组成。2.掌握FANUC0i-D系统的连接。3.掌握CNC、SV上电的回路的连接。1.FANUC0i-D系统的硬件模块组成。2.FANUC0i-D系统的连接。3.CNC、SV上电的回路的连接。1.

FANUC0i-D的组成。2.交流伺服电机的选择。1FANUC0i-D系统各硬件模块组成与认知目录2FANUC0i-D系统的连接3CNC、SV上电回路的连接4CNC装置的插补2.1FANUC0i-D系统各硬件模块组成与认知

一FANUC公司简介日本发那科公司(FANUC)是当今世界上数控系统科研、设计、制造、销售实力最强大的企业，总人数4549人(2005年9月数字)，科研设计人员1500人。2005年9月销售额1827．8亿日元(约合15．6亿美元)，9月每人平均销售额9万美元。FANUC目前数控系统月生产能力超过7000套，大量出口，销售额在世界市场上占50％，在日本国内占70％。2005年数控系统在中国销售约1.6万台套，主要为中档产品。二、FANUCOiMD/MateD系统介绍Series0i-D具体规格一览表包括Cs轴、PMC轴二、FANUCOiD/MateD系统介绍Series0i-mateD具体规格一览表外形和硬件相关FANUCSeries0i/0iMate-MODELD显示器FS0i-CFS0i-D8.4”彩色8.4“彩色（横置）8.4“彩色（横置、带触摸屏）8.4“彩色（纵置）8.4"彩色（纵置、带触摸屏）8.4“彩色（横置）8.4“彩色（横置、带触摸屏）8.4”彩色（纵置）8.4"彩色（纵置、带触摸屏）10.4”彩色10.4“彩色110.4"彩色（带触摸屏、只0iTTC）10.4"彩色10.4"彩色（带触摸屏、MT）7.2”黑白7.2“黑白（横置）7.2“黑白（横置、带触摸屏）7.2“黑白（纵置）7.2"黑白（纵置、带触摸屏）高可靠性、高性价比的CNCFANUC

Series0i/0iMate-D显示装置变动注：除10.4"外，触摸屏仅用于TURNMATEi。PMC系统变动高可靠性、高性价比的CNCFANUC

Series0i/0iMate-D内容FS0i-CFS0i-DPMCPMC-SA1，最大5000步B包/MatePMC/L，最大5000步，B包/MatePMC/L，最大8000步，B包/Mate(option)

PMC-SB7，最大24000步，A包PMC-SB7，最大32000步，TTC最大24000步，A包最大32000步，A包(option)I/O点数1024/1024（标准）2048/2048（0i-TTC选项）1024/1024（标准）

2048/2048（选项）240/160(Mate)256/256(Mate)Series0i-MD

内嵌式以太网

100BASE-TX※PCInternet（标准）高可靠性、高性价比的CNCFANUC

Series0i/0iMate-D内容FS0i-CFS0i-D内装以太网100BASE-TX基本内装（仅限0i-D）快速以太网100BASE-TX卡（Option)100BASE-TX卡（Option)以太网接口特点CNC内置程序存储容量大幅度扩充，标配512KByte、最大2MByte（0i

–D）在大容量存储卡或数据服务器上编辑加工程序（类似31i）-

可以使用子程序调用以及在用户宏程序中使用“GOTO”命令使用微型闪存卡，CF卡能够安装到CNC中，无须使用固定卡具，并且可以进行DNC加工使用PC软件（FANUCProgramTransferTool），可以简单的添加存储卡上的文件CF存储卡Compactflashcard数据服务器Dataserver数据服务器/存储卡操作

Dataserver/memorycardoperation高可靠性、高性价比的CNCFANUC

Series0i/0iMate-D内容FS0i-CFS0i-D存储容量256K（A包、Mate、每路径）128K（B包）512K（A包、Mate）320K（B包）1M（双路径、共计）2M（0iMDoption）程序个数400（每路径）400800（双路径、共计）存储容量的变化高可靠性、高性价比的CNCFANUCSeries0i-MD分离型检测器接口单元原有接口A/B相矩形波接口串行接口新增接口模拟1Vp-p接口高可靠性、高性价比的CNCFANUC

Series0i/0iMate-Dαi

伺服放大器FSSB分离型检测器接口单元其它公司的直线编码器系统功能相关FANUCSeries0i/0iMate-MODELD高可靠性、高性价比的CNCFANUCSeries0i-MD高可靠性、高性价比的CNCFANUC

Series0i/0iMate-D0iD系列0iC系列快速速度999.999m/min99.9999m/min(0.1μm)240m/min100m/min(0.1μm)刀具补偿个数99（T系列）200（双路径、共计）400（M系列）64（T系列、每路径）400（M系列）子程序调用10层嵌套4层嵌套圆弧半径R指定9位数8位（标准）高可靠性、高性价比的CNCFANUCSeries0i-MD0iMD0iTD0iMateMD0iMateTD纳米插补○○——嵌入式以太网功能○○——数据自动备份○○○○8级数据保护○○○○存储卡程序编辑○○○○动态切换语言显示○○○○刀具位置补偿量的自动变更—★——预防错误操作○○○○快捷宏指令调用★★——基于伺服电机的主轴控制★★——刚性攻丝最佳加减速★★——手轮进给回退★★——回退★———卖点！

分段进行伺服调整初级调整参数设定支持=一键设定

0i-C、0i-D伺服各轴的增益调整=一键调整

0i-D New中级调整使用伺服向导进行调整

0i-C、0i-D快速进给加减速时间常数

缩短循环时间增益调整

提高形状精度过滤器调整

防止振动高级调整象限突起补偿自动调整

0i-D New高可靠性、高性价比的CNCFANUC

Series0i/0iMate–D新增功能PMC功能模块（FB）功能

PMCFunctionBlockfunction可使用IEC61131-3

标准功能模块（FunctionBlock）编辑PMC

程序特点把常用的PMC程序模块化，可注册频繁使用的PMC逻辑使用简单的程序调用已经注册的功能模块（FB）通过设定参数修改梯形图内部逻辑标准化梯形图逻辑程序，方便再次使用可以在FladderIII上编程FUNCIN1OUT1IN2OUT2FB

定义使用FB创建梯形图内部梯形图逻辑回路FUNC1FUNC

IN1OUT1

IN2OUT2功能模块（FunctionBlock）参数NC指令

高增益的伺服控制以纳米为单位进行插补计算，实现高精度加工

ai

s伺服纳米控制伺服HRV控制纳米插补

对位置进行精密计算

纳米插补纳米CNC系统纳米CNC系统实现极平滑的位置指令极平滑的进给以及高响应传统插补纳米插补1div=1nmY（μｍ）1240X（μｍ）3693X:Y为３：１的斜度加工Y（μｍ）12340X（μｍ）369纳米插补实现极平滑的位置指令编辑功能的加强和程序存储器的扩展FANUCSeries0i/0i

Mate-MODELD程序编辑功能的加强采用基于电脑的编辑操作提高了程序的可操作性，如复制/剪切/粘贴在后台编辑功能的参照方式下，可以在不影响运行的情况下确认程序内容程序存储器的扩展大幅度扩展了CNC内置程序存储器的容量

标准

512KByte；选项最大2MByte（0i

–D）便于操作存储在大容量存储卡及数据服务器（0i

–D）上的程序

-可利用CNC的编辑功能直接编辑

-可以利用基于子程序调用和GOTO语句等的用户宏程序进行运行无需使用固定配件即可在CNC主体上存放闪存卡，

并进行DNC运行微型闪存卡数据服务器New多种语言显示和动态切换FANUCSeries0i/0i

Mate-MODELD不必断开CNC电源，通过简单地操作就可以实现语言的切换混合控制Compositecontrol可指定系统间任意轴动作、或分别指定每个系统内各轴的动作。适用于双路径车床特点刀具台1刀具台2X1Z2Z1X2工件1工件2使用系统1的程序加工移动指令交换使用系统2的程序加工安全措施

safeoperation预防错误操作针对CNC的操作，通过显示各类检查和确认信息，可以事先预防操作人员无意识的误操作。可选择不同方法进行自动备份每次通电时备份指定周期定期进行通电时备份安全措施

safeoperation8级数据保护将CNC的各类数据保护级别分为8级，分别使用信号或Password进行保护，方便MTB和最终用户分别使用自动备份数据手轮回退ManualHandleRetrace手轮回退，方便程序检查使用手轮移动来进行程序检查可使用手轮的移动速度来控制刀具的移动速度可使用正向/负向移动来控制移动方向从程序的开头或中间位置开始检查大约可返回200段左右程序ForwardBackward特点回退Retrace刀具可以沿刀具移动过的轨迹返回刀具还可以再沿着回退的方向前移可以执行40~80个程序段必须是已执行过的程序段特点二次开发和软件方面FANUCSeries0i/0iMate-MODELD电脑软件基本操作软件包CNC画面显示功能梯形图编辑软件包NCGuide*NCGuidePro*程序传输工具(FANUCProgramTransferTool)CNC设定工具(FANUCCNCSettingTool)PROFIBUS设定工具(FANUCPROFIBUSSettingTool)FANUCPICTURE无须编程的机床操作画面制作工作存储卡使用FANUCPICTURE创建画面CNC上画面显示特点机床操作画面可以简单并且快捷的在电脑上制作可通过FP函数读取并显示NC以及PMC状态、加工程序、报警信息等内容在触摸屏上创建画面，可以代替机床操作面板，还可以配合使用虚拟MDI功能目前只能在10.4寸触摸屏上使用（0i-D）③画面数据①创建画面②画面文件转换为CNC可识别的显示文件格式脱离CNC在电脑上单独运行，主要用于在电脑上进行CNC操作教学

CNC画面操作

MANUALGUIDEi

使用自动运行功能进行加工程序确认在电脑上运行，单机版配1个加密狗，多用户版配1个加密狗和网络授权适用于FANUCSeries31i/32i-MODELA

和0i/0iMate-MODELDNCGuide特点FANUC

NCGuideCNC操作教学用PC工具新增PMCSimulation功能（无须CNC进行PMC调试）

无须CNC系统即可进行自定义软件调试（二次开发调试）

C语言执行器、宏执行器

FANUCPICTURE、FOCAS2适用于FANUCSeries31i/32i–MODELA

和

0i/0iMate–MODELDFANUCPICTURE

制作的机床操作画面NCGuidePro特点PMC

模拟仿真功能I/O

操作面板FANUC

NCGuidePro支持个性化开发软件

可在同一画面上显示CNC和电脑的文件列表

允许输入/输出的数据

程序、刀具偏置、自定义宏变量、工件原点偏置

通过以太网进行连接

通过自动设定画面，轻松连接CNC语言：日文、英文可通过鼠标

进行输入/输出操作画面数据传输CNC电脑以太网特长数据

服务器CNC

存储器FANUC程序传输工具通过电脑的简单操作进行程序的输入输出电脑内的

文件列表CNC内的

文件列表FANUCCNC设定工具在电脑上设置和管理CNC参数特长适用于FANUCSeries30i

/

31i

/

32i-MODELA及0i

/

0i

Mate-MODELD参数一览参数编辑CNC的

功能一览向CNC传输参数详细说明CNC参数的模块管理功能（选项）

将参数分成多个模块

重新组合模块，创建新的参数语言：日文、英文用户还可以独自进行参数分类经由存储卡或以太网向CNC传输参数按CNC功能对参数进行分类并显示一览

选择需要输入的项目后，会出现说明

可边看说明边编辑参数New三、FANUCOi-ModelD/MateD系统各模块FANUC0i-TD系统

机床I/O模块FANUC伺服电动机2.2FANUC0i-D系统的连接Fanuc0i-D数控系统的部件连接FANUC0i-D/mateD系统连接图注意电源线输入插座[CP1]，机床厂家需要提供外部＋24V直流电源。具体接线为1-24V,2-0V,3-地线），注意正负极性不要搞错。风扇，电池，软键，MDI等在系统出厂时候都已经连接好，不要改动，但可以检查是否在运输过程中有松动的地方，如果有，则需要重新连接牢固，以免出现异常现象。FSSB光缆一般接左边插口。FSSB(FanucSerialServoBus发那科高速串行伺服总线)

Profibus-DP(Siemens

公司工业控制产品串行伺服总线)NCUC各主流数控系统厂家伺服总线NCUC(HNC8型系统伺服总线)2.3CNC、SV上电回路的连接数控机床上电时序机床电源三相380VACCNC上电电源DC24V伺服放大器控制电源DC24VI/OLINK连接的从属设备上电2.4CNC系统插补原理的认知一．插补的概念和分类１．数控机床最突出的优点是：可以根据编程，加工出较为复杂的曲线，比如圆、抛物线等，为什么数控机床能加工出这些曲线？怎样把单个的坐标运动组合成理想曲线呢？这就是插补所解决的问题！插补：是坐标运动协调的方法，使几个独立的坐标运动，组合成一条曲线运动。数控系统根据零件轮廓线型的有限信息，计算出刀具的一系列加工点、完成所谓的数据“密化”工作。插补有二层意思：

一是用小线段逼近产生基本线型（如直线、圆弧等）；二是用基本线型拟合其它轮廓曲线。插补:是让刀具沿规定轨迹的运动.2插补方法的分类 （1）基准脉冲插补基准脉冲插补的方法很多，如逐点比较法、数字积分法等。

（2）数据采样插补数据采样插补方法有：直线函数法、扩展DDA、二阶递归算法等。二、基准脉冲插补插补原理每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量(一个脉冲当量).

以一个一个脉冲的方式输出给步进电机基本思想是:用折线来逼近曲线(包括直线).

他们主要用于采用步进电机驱动的开环数控系统.⑴用最简捷的方式计算每个单坐标进给后的位置误差。⑵比较误差，判定进给坐标。逐点比较法，就是按照“靠近曲线,指向终点”的原则,分别计算各坐标进给后可能出现的误差，然后选出误差最小的坐标进给的方法。1、逐点比较法原理：每次仅向一个坐标轴输出一个进给脉冲，而每走一步都要通过偏差函数计算，判断偏差点的瞬时坐标同规定加工轨迹之间的偏差，然后决定下一步的进给方向。每个插补循环由偏差判别、进给、偏差函数计算和终点判别四个步骤组成。逐点比较法可以实现直线插补、圆弧插补及其它曲线插补。特点：运算直观，插补误差不大于一个脉冲当量，脉冲输出均匀，调节方便.逐点比较法的四个工作节拍

第一个节拍——偏差判别:判别当前点偏离理论点的位置。

第二个节拍——坐标进给:确定进给坐标及进给方向，并产生移动。

第三个节拍——偏差计算:进给后到达新位置，计算出新的偏差作为下一次判别的依据。

第四个节拍——终点判别:查询是否到达终点。DDA法扩展DDA法等2、其它方法三.刀具补偿1.刀具半径补偿概念根据按零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，数控装置能实时自动生成刀具中心轨迹的功能称为刀具半径补偿功能。A’B’C”CBAG41刀具G42刀具编程轨迹刀具中心轨迹C’2.刀具半径补偿的执行过程

①刀补建立

②刀补进行

③刀补撤消（G40）

刀具半径补偿仅指在指定的二维坐标平面内进行，平面的指定由G17（XY平面），G18（YZ平面），G19（XZ平面）表示。刀具半径值通过代码R来指定。

在进行刀具补偿时,CNC系统自动完成两个方面的工作:一是根据刀具的半径值r及其走向使刀具沿零件的加工轮廓偏移一个r值,即控制刀具中心沿零件加工轮廓的等距值为r的等距曲线运动;二是在零件轮廓的非光滑过渡的拐角处,CNC系统自动进行尖角过渡.

根据尖角过渡的方法不同,刀具半径补偿分为B刀具半径补偿和C刀具半径补偿.3．B功能刀具半径补偿1)B功能刀具半径补偿为基本的刀具半径补偿，它仅根据本段程序的轮廓尺寸进行刀具半径补偿，计算刀具中心的运动轨迹。2)对于直线而言，只要计算出刀具中心轨迹的起点和终点坐标，刀具中心轨迹即可确定；3)对于圆弧而言，圆弧的刀具半径补偿，需要计算出刀具中心轨迹圆弧的起点、终点和圆心坐标。

如图5-5，正在加工的直线终点坐标为A（X，Y）。假设上段程序加工完成后，刀具中心位于O′，现需要计算刀具半径（R）补偿后直线O′A′的终点A′（X′，