数控系统体系结构及参数设定

项目2数控系统体系结构及参数设定数控系统的基本构成2.1典型数控系统及其接口2.2数控系统的参数设定2.3项目2数控系统体系结构及参数设定【项目目标】重点掌握FANUC,SIEMENS数控系统的体系结构和接口技术。【项目导读】本章介绍数控系统的基本构成、硬件结构、软件结构；介绍典型数控系统参数的类型、显示和修改方法。任务2.1数控系统的基本构成2.1.1数控系统的体系结构1．机床数控系统的组成机床数控系统一般由输入/输出装置、数控系统装置（CNC系统）、可编程控制器（PLC)、主轴驱动装置、进给驱动装置、机床电器逻辑控制装置等部分组成.可编程控制器PLCCNC控制器计算机硬件与数控系统软件输出设备打印机穿孔机电传机显示设备输入设备编程计算机操作面板电子手轮纸带阅读机程序电气控制单元机床电器速度控制单元位置检测进给电机主轴控制单元主轴电机任务2.1数控系统的基本构成2.1.1数控系统的体系结构2．CNC系统的功能控制功能，CNC系统能控制的轴数和能同时控制（联动）的轴数是其主要性能之一。控制轴有移动轴和回转轴，有基本轴和附加轴。准备功能，准备功能也称G指令代码，它用来指定机床运动方式的功能，包括基本移动、平面选择、坐标设定、刀具补偿、固定循环等指令。插补功能，CNC系统是通过软件插补来实现刀具运动轨迹控制的，实际上其插补功能被分为粗插补和精插补。进给功能，根据加工工艺要求，CNC系统的进给功能用F指令代码直接指定数控机床加工的进给速度。具体可为切削进给速度、同步进给速度、进给倍率。主轴功能，就是指定主轴转速的功能。可分为转速的编码方式、指定恒定线速度、主轴定向准停。任务2.1数控系统的基本构成2.1.1数控系统的体系结构2．CNC系统的功能辅助功能，指定主轴的启、停和转向；切削液的开和关；刀库的启和停等，一般是开关量的控制，它用M指令代码表示。刀具功能，用来选择所需的刀具，刀具功能字以地址符T为首，后面跟二位或四位数字，代表刀具的编号。补偿功能，是通过输入到CNC系统存储器的补偿量，根据编程轨迹重新计算刀具的运动轨迹和坐标尺寸，从而加工出符合要求的工件。主要分为刀具的尺寸补偿、丝杠的螺距误差补偿和反向间隙补偿或者热变形补偿。字符、图形显示功能，CNC控制器可以配置单色或彩色CRT或LCD，通过软件和硬件接口实现字符和图形的显示。自诊断功能，为了防止故障的发生或在发生故障后可以迅速查明故障的类型和部位。通信功能，为了适应柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）的需求。人机交互图形编程功能。任务2.1数控系统的基本构成2.1.2数控系统的硬件结构1．CNC装置的硬件构成1）中央处理单元(CPU)，它的作用是实施对整个系统的运算、控制和管理。2）存储器，存储器是用来储存系统软件、零件加工程序以及运算的中间结果等。3）位置控制，主要完成对主轴驱动的控制，以便完成速度控制；通过对伺服系统对坐标轴的运动实施控制。4）输入输出接口，主要用来交换数控装置与外部之间的往来信息。5）MDI/CRT接口，完成手动数据输入和将信息显示在CRT上。任务2.1数控系统的基本构成2.1.2数控系统的硬件结构1．CNC装置的硬件构成CNC装置硬件结构一般分为单微处理器结构和多微处理器结构。CPUEPROMRAM输入接口输出接口总线其它接口位置控制MDICRT接口磁带或磁盘机接口任务2.1数控系统的基本构成2.1.2数控系统的硬件结构2．单微处理器CNC装置组成硬件的作用微处理器，是CNC装置的核心，由于所有数控功能都由一个CPU来完成。总线，是由物理导线构成，从功能上说一般可以分为数据线、地址线和控制线。存储器，是用来存放数据、参数和程序的。PLC，用以代替传统的机床强电继电器逻辑控制。通过程序进行逻辑运算来实现M、S、T功能的译码与控制。I/O接口，对CNC装置来说,由机床向CNC传送的信号称为输入信号，由CNC向机床传送的信号称为输出信号。输入输出信号的主要类型有：直流数字输入信号，直流数字输出信号，直流模拟输出信号，直流模拟输入信号，交流输入信号，交流输出信号。任务2.1数控系统的基本构成2.1.2数控系统的硬件结构单微处理器CNC装置的结构特点1）CNC装置内只有一个微处理器，对存储、插补运算、输入输出控制、CRT显示等功能都由它集中控制，分时处理。2）微处理器通过总线与存储器、输入输出控制等各种接口相连，构成CNC装置；3）结构简单，容易实现；4）单微处理器因为只有一个微处理器进行集中控制，其功能将受微处理器字长、数据宽度，寻址能力和运算速度等因素限制。任务2.1数控系统的基本构成2.1.2数控系统的硬件结构cpuEPROMRAMMDI/CRT接口PLC纸带阅读机接口I/O接口位置控制穿孔机、电传机接口通信接口数控面板CRT纸带阅读机纸带穿孔机电传机机床速度控制单元M总线单微处理器CNC装置组成框图任务2.1数控系统的基本构成2.1.2数控系统的硬件结构3．多微处理器结构多微处理器CNC装置一般采用两种结构形式，即紧耦合结构和松耦合结构。位置控制模块CNC管理模块CNC插补模块存储器模块指令、数据的输入输出及显示模块PLC模块多微处理器CNC装置的基本功能模块任务2.1数控系统的基本构成2.1.2数控系统的硬件结构多微处理器CNC装置的典型结构1）共享总线结构CNC管理模块（CPU）主存储器模块操作面板显示模块CNC插补模块（CPU）PLC功能模块（CPU）位置控制模块（CPU）主轴控制模块总线任务2.1数控系统的基本构成2.1.2数控系统的硬件结构多微处理器CNC装置的典型结构2）共享存储器结构插补（CPU2）轴控制（CPU3）I/OCPU1CRT（CPU4）共享存储器来自机床的控制信号输到机床的控制信号任务2.1数控系统的基本构成2.1.2数控系统的硬件结构多微处理器结构的特点为了满足高速化、复合化、智能化、系统化的要求，现代CNC装置多采用多微处理器结构，其主要特点是：多微处理器结构多采用模块化结构，具有比较好的扩展性。多微处理器结构的CNC装置可提供多种选择功能,可以配置多种控制软件,因此可适用于多种机床的控制。系统的集成度和可靠性高。具有很强的通信能力,能很方便地进入FMS、CIMS。能够进行多种语言显示。任务2.1数控系统的基本构成2.1.3数控系统的软件结构1．数控系统的软件构成软件包括管理软件和控制软件两大类。管理软件由零件加工程序的输入输出程序、显示程序和诊断程序等组成。控制软件由译码程序、刀具补偿计算程序、速度控制程序、插补运算程序和位置控制程序等组成。任务2.1数控系统的基本构成2.1.3数控系统的软件结构2．数控系统软件的特点（1）CNC装置的多任务性，数控加工时，CNC装置要完成许多任务，在多数情况下，管理和控制的某些工作必须同时进行。（2）并行处理，是指计算机在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作。单CPU的CNC装置中，主要采用CPU分时共享的原则来解决多任务的同时运行。（3）实时中断处理，CNC系统的中断管理主要靠硬件完成，而系统的终端结构决定了软件结构。而CNC系统有外部中断、内部定时中断、硬件故障中断和程序性中断等几种类型。任务2.1数控系统的基本构成2.1.3数控系统的软件结构3．CNC系统软件的结构模式1）前后台型结构在前后台型结构的CNC装置中，整个系统分为两大部分，即前台程序和后台程序。任务2.1数控系统的基本构成2.1.3数控系统的软件结构3．CNC系统软件的结构模式2）中断型结构中断型中断型结构的系统软件除初始化程序之外，将CNC的各种功能模块分别安排在不同级别的中断服务程序中，然后由中断管理系统（由软件和硬件组成）对各级中断服务程序实施调度管理。各中断服务程序的优先级别与其作用和执行时间密切相关。级别高的中断程序可以打断级别低的中断程序。任务2.1数控系统的基本构成2.1.3数控系统的软件结构3．CNC系统软件的结构模式2）中断型结构，中断服务程序的优先级及其功能如表所示优先级主要功能中断源0初始化开机后进入1CRT显示，ROM奇偶校验由初始化程序进入2工作方式选择及预处理16ms软件定时3PLC控制，M、S、T处理16ms软件定时4参数、变量、数据存储器控制硬件DMA5插补运算，位置控制，补偿8ms软件定时6监控和急停信号，定时2、3、52ms软件定时7ARS键盘输入级RS232C输入硬件随机8报警串行传送报警9RAM校验，电源断开硬件，非屏幕中断任务2.1数控系统的基本构成2.1.3数控系统的软件结构3．CNC系统软件的结构模式3多微处理器CNC装置多采用模块化结构，每个微处理器分管各自的任务，形成特定的功能模块,三者可以互相通信。所示的功能模块软件结构主要由三大模块组成。模块功能说明MMC模块完成与操作面板、软件驱动器及磁带机之间的连接，实现操作、显示、诊断、调机、加工模拟及维修等功能NCK模块完成程序段准备、插补、位控等功能。可与驱动装置、电子手轮连接；可和外部PC机进行通信，实现各种数据变换；还可构成柔性制造系统实时信息的传递、转换和处理等。PLC模块完成机床的逻辑控制，通过选用通信接口实现联网通信。可连接机床控制面板、手提操作单元（即便携式移动操作单元）和I/O模块任务2.2典型数控系统及其接口2.2.1SIEMENS数控系统及其接口1.SIEMENS802数控系统SIEMENS802系统包括802S/Se/Sbaseline、802C/Ce/Cbaseline、802D等型号,它是西门子公司20世纪90年代才开发的集CNC、PLC于一体的经济型控制系统。SIEMENS802数控系统的显示屏幕任务2.2典型数控系统及其接口2.2.1SIEMENS数控系统及其接口1.SIEMENS802数控系统1）功能特点控制器，具有免维护性能的SIEMENS802D，其核心部件-PCU（面板控制单元）将CNC、PLC、人机界面和通讯等功能集成于一体。可靠性高、易于安装。CNC功能，SIEMENS控制车床、钻铣床,可控制4个进给轴和一个数字或模拟主轴,三轴联动，具有直线插补、平面圆弧插补、螺旋线插补、空间圆弧（CIP）插补等控制方式。操作单元显示器为单色10.4TFT显示器，彩色为选件全功能数控键盘具有水平安装方式，和垂直安装方式标准机床控制面板（选件）三个手轮接口RS232串行接口生产现场总线接口标准键盘接口PC卡插槽（用于数据备份和批量生产）任务2.2典型数控系统及其接口2.2.1SIEMENS数控系统及其接口1.SIEMENS802数控系统1）功能特点操作与显示，操作面板带有8个水平软键和8个垂直软键的直观操作，可以直接显示对刀及刀具测量、工件坐标系测量、基本坐标偏移、MDA方式端面加工、程序段搜索运行、坐标轴锁定、快速空运行、后台编程。零件编程，零件程序编制使用标准G代码编程（DIN66025）、西门子高级语言编程、ISO标准编程、车削、铣削工艺循环编程、蓝图编程、极坐标编程等，程序存储器容量达340K字节。PLC，SIEMENS802数控系统PLC采用标准的S7-200编程语言Micro/WIN，具有梯图编程、梯图在线显示、PLC远程诊断、完全汉化的PLC编程工具随机提供、随机提供PLC子程序和用于车床铣床的PLC应用程序实例等功能。任务2.2典型数控系统及其接口2.2.1SIEMENS数控系统及其接口1.SIEMENS802数控系统2）硬件构成SINUMERIK802D是个集成的单元，它是由NC以及PLC和人机界面（HMI）组成，通过PROFIBUS总线连接驱动装置以及输入输出模。主要由数控系统、机床控制面板、个人计算机、调试电缆、输入/输出模块、驱动器、总线组成。SINUMERIK802D控制面板连接图任务2.2典型数控系统及其接口2.2.1SIEMENS数控系统及其接口2．SIEMENS810数控系统1）功能特点SIEMENS810D的突出之处在于其不断扩展的特性