数控系统内部结构.ppt

1、华中数控,华中数控HNC-2000系列数控 系统的内部结构,华中数控,HNC-2000的内部板卡:进给轴控制板卡,华中数控,HNC-2000的内部板卡:进给轴控制板卡,华中数控,HNC-2000的内部板卡:输入输出控制板卡,华中数控HNC-21/22系列数 控系统的内部结构,华中数控,华中数控,华中数控,采用先进的开放式体系结构； 嵌入式工业PC机； 配置7.7或.7彩色液晶显示屏; 故障诊断与报警; 多种形式的图形加工轨迹显示和仿真； 集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口于一体； 可自由选配各种类型的脉冲接口、模拟接口交流伺服单元或步进电机驱动器；,华中数控,“世纪星”

2、HNC-21TF数控装置功能特点,华中数控,内部已提供标准车床或铣床控制的PLC程序， 用户也可自行编制PLC程序； 采用国际标准G代码编程，与各种流行，直接加工高达2GB 的G 代码程序； 具有直线、圆弧、螺纹切削、刀具补偿、宏程序等功能； 支持硬盘、电子盘等程序存储方式以及软驱、DNC、以太网等程序交换功能； 反向间隙和单双向螺距误差补偿功能有效提高加工精度,华中数控,华中数控,华中数控,“世纪星” HNC-21的连接图,华中数控,“世纪星” HNC-21的接口,华中数控,XS1：电源接口 XS2：外接PC键盘接口 XS3：以太网接口 XS4：软驱接口， XS5：RS232接口 XS6：远

3、程I/O板接口 XS8：手持单元接口 XS9：主轴控制接口 XS10、XS11：输入开关量接口 XS20，XS21：输出开关量接口 XS30XS33：模拟式、脉冲式（含步进式）进给轴控制接口 XS40XS43：串行式HSV-11型伺服轴控制接口,华中数控,“世纪星” HNC-21的接口说明,华中数控,华中数控,“世纪星” HNC-21的内部板卡,华中数控,“世纪星” HNC-21的内部板卡:NC板,华中数控,“世纪星” HNC-21的内部板卡:主板,华中数控,“世纪星” HNC-21的内部板卡:电源板,华中数控,华中数控,华中数控,“世纪星” HNC-21的内部板卡:键盘按键板,华中数控,“世

4、纪星” HNC-21的内部板卡:键盘按键板,FANUC 0i系统的内部结构,FANUC 0i系统主CPU板的构成框图,FANUC 0i系统的CNC单元为大板结构。 基本配置有: 主板、 存储器板、 I/O板、 伺服轴控制板 电源板。 各板插在主板上,与CPU的总线相连。,(1)主板 主CPU在该板上。主CPU用于系统主控,原 来用80386,从1998年起改用80486/DX2。 此外,显示的CRT控制也在该板上。 (2)存储器板该板上有: 系统的控制软件ROM(共5片)。 车床(0-T系统); 铣床(镗床,钻床); 加工中心(0-M系统); 磨床(0-G系统); 冲床(0-P系统)。 不同类

5、型的机床控制软件不同;,伺服控制软件ROM 1片; PMC-L的ROM芯片2片; 用于存储机床的强电控制逻辑程序。 RAM芯片; 用于寄存CPU的中间运算数据。 CMOS RAM; 用于存储系统和机床参数、零件加工程序。根据用户要求配置,最大可为128K字节。CMOS RAM与4.5 V电池相连,关机时保存信息。,(3)I/O板 该板是CNC单元与机床强电柜的接口。接收或输出24 V直流信号,由PMC实施输入/输出控制。I/O点数可根据机床的复杂程度选择。标准配置为104个输入点,72个输出点。 (4)进给伺服控制板 FANUC 0系统全部用数字式交流伺服控制.其控制板装在CNC单元内，即CN

6、C单元与进给伺服为一体化设计。 伺服板上有2个CPU(TMS320),用于伺服的数字控制。每个CPU控制2个轴,一块板可控制4个轴。该板接受主CPU分配的伺服控制指令,输出6个相位各差60的脉宽调制信号(每轴),加于各轴的伺服驱动的功率放大器上。 0-D系统为4轴(最大配置)控制,4轴联动。只用一块伺服板。0-C最多可控制6个轴,控制6个轴时需用2块板。,(5)电源 主要有:5 V直流电，用于各板的供电。 24V直流电,用于单元内各继电器控制。,除上述这些板外,还有图形控制板、PMC-M板、 远程缓冲器(REMOTE BUFFER)板。这些板用户可 根据要求选订。,显示器 FANUC 0系统的

7、显示器可用CRT,也可用液 晶显示器(LCD),标准为9黑白CRT,高密度 字符显示。也可配彩色显示器。 图形显示功能: 对编制的加工程序进行加工前的图形模拟,模拟刀尖的轨 迹或加工件的三维实体形状； 在加工过程中显示刀尖的轨迹,使操作员能够监视切削过 程。图形可局部放大,以便观察细部。 显示图形必须用图形控制板,该板为专用 微机,CPU用80186。,PMC控制 PMC就是可编程序机床控制器,是专门用于控制机床的PLC。FANUC 0系统的PMC只有47条指令（基本指令有12条,功能指令有35条）。基本指令为2进制位的逻辑运算，功能指令主要有数据定义、数据变换、译码和代数运算。 FANUC

8、0系统用梯形图编制PMC顺序逻辑程序。由于有功能指令,使得PMC程序编制非常容易,简捷。,梯形图可用下述两种方法编制: 用专用的编辑卡利用CRT显示画面在系统上现场编制。 在计算机上装入专用软件用计算机编制,然后经RS-232C口将梯形图程序传送到数控系统。调试好的程序要用写入器写入EPROM。 FANUC 0系统PMC控制有PMC-L和PMC-M 2种: PMC-L的处理机与主机共用，其处理时间为6s/步,最大步数为5000步。 PMC-M为专用处理机,微处理器为80186，专用一块板,插在主板上，处理时间为2 s/步,最大步数为8000步。2种PMC的扫描周期均为16 ms。,进给伺服驱动

9、 FANUC 0系统进给轴的驱动使用交流同步电动机,目前为系列。根据其负载特性和快速性分为: (标准型)、 M(高加速特性)、 C(经济型) L(低惯量型)。 最大力矩为400 N.m。0-C配置型;0-D配置C型。M加速特性好,从0至最高转速的启动过程为24 ms，故用于高速加工。,电机轴上装有脉冲编码器,每转发出65536个脉冲(经电路倍频),用做位置反馈和速度反馈。这种位置反馈,是间接测量工作台的直线位移,所以称为半闭环伺服系统。 只要设定相应的参数, FANUC 0系统可以使用直线光栅尺,使系统接成全闭环。除此之外,还可接成双位置反馈,即同时具有上述2个闭环。这样,既可以提高系统的稳定

10、性,还可以提高系统的快速性和加工精度。,主轴驱动 FANUC 0系统可以同时控制2个主轴电动机,可以是2个数字式控制的电机,也可以一个数字式,另一个为模拟式控制电机。模拟控制指令是010 V的直流电压。 系统的主轴电机为异步电机,目前为系列,有以下品种: :标准型,恒功率调速范围41； P:恒功率宽调速范围型(81); C:经济型;T:与主轴直连型。 主轴电机的最大功率为37 kW,最高转速可达15000 r/min，用数字式矢量控制。,主轴驱动有速度控制和位置控制2种工作方式： 1、速度控制： 普通加工为主轴电机轴上装有圆型的磁性传感器,用做速度反馈。 2、位置控制： 用于主轴同步、主轴定向

11、、刚性攻丝、Cs轴轮廓控制。因此需要控制主轴的转角或转位,轮廓控制时要与其它轴插补。此时需在机床的主轴上装位置编码器,位置编码器有光电式和磁性传感器。普通为每转发出1 024个脉冲,高精度的发出360000个脉冲/转。 主轴控制用单独的CPU控制，处理器为TMS-320。从CNC单元输出的控制指令用一条光缆送到主轴的控制单元,数据为串行传送，因此可靠性比较高。,RS-232C口及数据通讯 FANUC 0系统有2个串口(RS-232C)： 用于系统与外部设备的数据交换。交换的数据包括: 系统及机床的设定参数、PMC参数； 零件加工程序； 刀具补偿值； 设定的工件坐标系； 丝杠的螺补值等。 与计算

12、机相连时,计算机内必须装有数据传送软件。最快的传送速率为9600 bps。 除上述的信息交换外,利用串行通讯还可实现下列方式的在线加工与机床的DNC管理:,(1)纸带方式的加工 加工复杂零件时,加工程序非常长,CNC的内存容量不够用，可将程序存于外设,如计算机的软盘。用电缆将PC机与CNC经串口连接后,启动自动加工,CNC预读15个程序段,开始加工。此后加工一段读入一段,直至结束。(2)远程缓冲(REMOTE BUFFER) 上述方式虽然解决了长程序的存储问题,但由于数据的边读入、边处理、边加工,所以加工速度慢。对于小程序段、快速加工,走刀有停顿现象，为此,开发了REMOTE BUFFER功能

13、。,该功能可实现数据块的传送,有2种工作方式: 计算机存储的加工程序是通常的加工代码指令方式。缓冲器接受后变为2进制,然后送到CNC执行。 计算机存储的加工程序是按2进制编制的。缓冲器收到后不经转换即送往CNC执行。 这2种方式都比纸带方式的加工速度快，数据传送速率最快为77900 bps。最快加工速度为15 m/s，电缆最长可达100 m(无调制解调器时)。,(3)DNC2 它可使8台CNC机床与主计算机远程相连,实现多台机床的加工监控与管理。 连接方式为点-点式，数据传输协议为LVS2，传送速率最高为19200 bps。 可传送机床的工作状态,如自动加工启动、停止、加工中、暂停、报警等。

14、DNC2共设计了60多条指令。主计算机必须根据这些指令格式编制相应的处理程序,编程语言用C。为方便用户,可提供宏指令库。,调机、维护与故障诊断(1)伺服参数设定与调整 系统的CRT有进给伺服参数设定画面和调整画面。在参数的设定画面上,只需设定初始化位、电机代码等参数即可设定好所用电机的标准参数,使电机稳定运行。 其中的柔性变速比可设定电机与滚珠丝杠及位置反馈传感器(脉冲编码器)之间的齿轮传动比。该变比可以不为整数。 可以定量地读出机床工作台移动时各轴的伺服增益、伺服误差及其变动情况。据此,可判断系统运行是否稳定、有无爬行以及跟随精度等，根据情况进行适当的调整。有故障时该画面还显示伺服的报警。,

15、(2)主轴参数设定 输入主轴电机的代码及初始化位即可设定好主轴电机的标准参数,电机即可稳定运行。主轴运行有监视画面。 可读出主轴电机的转速、负载百分比及主轴的转速,从而可以省去通常的转速表和负载表。 (3)加工程序错误显示 程序出错时,CRT上显示报警号。根据报警号可由说明书中查出错误原因,报警表是多年经验的积累,几乎所有的编程错误都可从该表中查出。,(4)运行故障显示 CNC控制软件的运行、硬件的各主要元件、伺服控制、主轴控制等出现故障时,CRT上均显示相应的报警号。FANUC 0系统对这些故障有较好的保护。例如,伺服反馈断线形成大开环时,既不会撞车,也不会损坏元件(5)I/O信号诊断 CRT可显示梯形图，在该图上可以检查机床强电信号的工作。CRT还有诊断画面,通过该画面,根据信号的地址检查0/1状态变化,可判断其是否正常工作。,系统的功能 FANUC 0系统为全功能型。下列一些功能增加了系统的应用范围和操作的方便： Cs轴轮廓控制。可以省掉Cf轴,用主轴的转动做为回转坐标与其它直线轴插补,加工轮廓曲线。 刚性攻丝。Z轴进给与主轴转动同步,不用弹簧卡头实现攻丝，从而