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1数控系统孙海亮2主要内容•一、数控技术的发展•二、常见数控系统1、FANUC数控系统2、SIEMENS数控系统3、华中数控系统3一.数控技术的发展1.1946年世界上诞生了第一台电子计算机。2.第一台计算机诞生6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上。1952在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统的机床产生了质的变化。4第一台数控机床诞生至今五十年以来，数控机床的核心—数控系统的发展经历了二个阶段和六代的发展。1.数控（NC）阶段2.计算机数控（CNC）阶段5数控（NC）阶段(1952—1970年)早期的计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响不大，但它不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路，搭成机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD—WIREDNC）,简称为数控（NC）。随着电子元器件的发展，这个阶段又历经三代:1952年的第一代—电子管计算机组成的数控系统；1959年的第二代—晶体管计算机组成的数控系统；1965年的第三代—小规模的集成电路计算机组成的数控系统。6计算机数控（CNC）阶段这一阶段从1970年开始至今。1970年研制成功大规模集成电路，并将其用于通用小型计算机。此时的小型计算机，其运算速度比五、六十年代的计算机有了大幅度的提高。比专门搭成的专用计算机成本低，可靠性高。于是，小型计算机被用作数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段。计算机数控阶段也经历了三代:1970年第四代—小型计算机数控系统；1974年第五代—微处理器组成的数控系统;1990年第六代—基于PC的数控系统。7数控系统近五十年来经历了两个阶段六代的发展，只是发展到了第五代以后，才从根本上解决了数控系统可靠性低，价格极为昂贵，应用很不方便等极为关键的问题，因此即使在工业发达国家，数控机床大规模地得到应用和普及也是在上世纪的七十年代末、八十年代初以后的事情，也就是说数控技术经过了近三十年的发展才走向普及应用。8现代数控技术发展趋势1高速、高精加工2数控系统具有多轴控制、多轴联动和复合加工的控制功能3数控系统开放化、智能化和网络化91）FANUC公司创建于1956年；2）1959年首先推出电液步进电机；3）70年代，一方面从Gettes公司引进直流伺服电机制造技术，一方面与西门子合作，学习其先进的硬件技术；4）1976年成功开发出5系统；后与西门子联合开发出7系统。(从这时，FANUC成为世界上最大的专业数控生产厂家)二、常用数控系统简介1、FANUC数控系统简介101）F0；2）F10／F11／F12、F15、F16、F18；3）F00／F100／110／120／150。F00／F100／110／120／150系列是在F0／10／11／12／15的基础上加了MMC功能，即CNC、PMC、MMC三位一体的CNC。FANUC公司目前生产的CNC装置：11结构上长期采用大板结构，但在新的产品中已采用模块化结构采用专用LSI，以提高集成度、可靠性，减少体积和降低成本产品应用范围广。每一CNC装置上可配多种控制软件，适用于多种机床不断采用新工艺、新技术。如表面安装技术SMT、多层印刷电路板、光导纤维电缆等CNC装置体积减少，采用面板装配式，内装式PMC（可编程机床控制器）产品特点：12FS6是FANUC早期代表性产品之一。在70年代末与80年代初期的数控机床得到了广泛应用。①FS6与西门子6系统结构基本相同，除伺服电动机、PLC采用西门子公司产品外，其余部分完全相同②硬件采用大板结构，上面插有电源模块、存储器板等小板，CPU采用8086，该CNC系列为多微处理器控制系统，其主CPU、PMC及图形显示的CPU均为8086FANUC6系统（1979年）13③伺服驱动系统采用FANUC直流驱动系统，通过脉冲编码器进行位置检测，构成半闭环位置控制系统。④系统一般带有独立安装的电气柜，电气柜内安装了系统的主要部件（如CNC装置、伺服驱动、输入单元、电源单元）。⑤主轴驱动系统采用FANUC交流主轴驱动装置，该单元为分开安装式，一般安装在强电柜内。14⑥系统软件为固定式专用软件我国80年代进口的数控机床，均大量配套采用FS6系统，直到目前仍然有较多配套FS6的机床在使用中，这些设备大多进入故障多发期，因此，它是数控机床维修中的常见系统之一。F3简化版（经济型）另注:Fs6→F9强化版（1980年）15F0系列是20世纪80年代中后期开发的产品。是中国市场上销售量最大的一种系统（F0C系列，F0D系列），产品目标是体积小、价格低.其中F0－MC/TC是其代表性产品，F0－MD和F0－TD为F0－MA和F0－TA的简化版（经济型）。①硬件结构采用了传统的结构方式:即在主板上插有存储器板、I/O板、轴控制模块以及电源单元。其主板较其他系列主板要小得多，因此，在结构上显得较紧凑，体积小F0系统（1985年）16②F0系列为多微处理器CNC系统：F0A系列主CPU为80186，F0B系列的主CPU为80286，F0C系列的主CPU为80386.内置可编程控制器（PLC）的CPU为8086③F0可以配套使用FANUCS系列、α系列、αC系列、β系列等数字式交流伺服驱动系统，无漂移影响，可以实现高速、高精控制。④采用了高性能的固定软件与菜单操作的软功能面板，可以进行简单的人机对话式编程。17⑤具有多种自诊断功能，以便于维修。⑥F0i系统采用总线技术，增加了网络功能，并采用了“闪存”（FLASHROM）。系统可以通过Remotebuffer接口与PC相连，由PC机控制加工，实现信息传递，系统间也可以通过I/OLink总线进行相连。⑦F0Mate是F0系列的派生产品，与F0相比是结构更为紧凑的经济型CNC装置。18F11系列是FANUC公司20世纪80年代初期开发并得到广泛应用的FANUC代表性产品之一，在80年代进口的高档数控机床上广为采用，因此，它亦是维修中的常见系统之一。同系列的产品有F10／11／12三种基本规格。①F11的硬件仍然采用大板结构（主板），主CPU为68000，它也是一种多微处理器控制系统。②硬件尽量采用专用大规模集成电路及厚膜电路（22块），元件减少30％F11系列（1984年）19③CNC系统和操作面板、I/O单元之间采用光缆连接，减少了信号线，抗干扰能力提高④F11系统既可以带独立安装的电柜，也可进行分离式安装⑤伺服驱动与主轴驱动一般采用FANUC模拟式交流伺服驱动系统⑥系统软件可固定式专用软件，最大可以控制5轴，并实现全部控制轴的联动20F15／16／18／16i／18i系列系统有F－15／16／18；F－15i／16i／18i；FS－150／160／180、F160i／180i。该系列系统是专门为工厂自动化设计的数控系统，是目前国际上工艺与性能最先进的数控系统之一，在美国、日本、欧洲的制造业中已普遍使用。①系统的硬件与微电子技术发展同步，采用了超大规模集成芯片：CPU可以是80486或PENTIUM系列处理器，带64位RISC芯片等FANUC15／16／18系统21②系统元器件采用了立体化、高密度的安装方式（FANUC公司的专利技术），除主板外，印刷电路板均按物理功能分成小模块，根据用户的要求和系统的规模，分别插在主板上，系统扩展容易，维修方便，体积小③F15采用了模块式多主总线（FANUCBUS）结构，多CPU控制系统：主CPU采用了68020，还采用了一个子CPU，在PMC、轴控制、图形控制、通信及自动编程中也都有各自的CPU④系统采用8.4in或9.5inTFT（ThinFileTransistor薄膜晶体管）彩色液晶显示器22⑤系统可配套α／αi系列数字式交流伺服系统，主轴控制可采用α／αi系列主轴驱动系统；⑥F15／16／18系列系统既可单机运行，也可通过Remotebuffer接口与个人计算机相连，由计算机控制加工，实现信息传递。通过I/Olink（串行口）接口还可以连接多种外围设备。另外经DNC1或DNC2接口，可与CellController或以太网连接，由上位机进行控制，实现车间的自动化。23日本FANUC最新的高档控制器，是当前配置最高的数控系统。特点：1.最大控制系统为10个系统（通道）；2.最多轴数和最大主轴配置为40轴：其中进给轴32轴，主轴为8轴；最大同时控制轴数为24轴/系统；3.最大PMC系统数为3个系统：最大I/O点数为4096点/4096点，PMC基本指令速度为25ns。4.最大可预读程序段为1000段。FANUC30i---MODELA24SINUMERIK3／7/802／805/810／820／850／880/840系列等。2、SIEMENS数控系统简介SINUMERIK的CNC数控装置主要有：25SIEMENS3系统是西门子公司80年代初期发出来的中档全功能数控系统，是西门子公司销售量最大的系统，是20世纪80年代欧洲的典型系统。①采用模块化结构，由CPU模块，NC存储器模块，操作面板接口，NC－PC连接模块，伺服测量回路Ⅰ、Ⅱ，PLC编程接口，逻辑模块，扩展设备接口，PLC存储器及各种I/O等17个模块组成②3系统的机柜因配置、类别、型号的不同，可以分为单框架、单PLC双框架、双PLC双框架结构SIEMENS3系统26③采用INTEL8086CPU的轮廓轨迹控制CNC系统，系统可控制4轴，任意3轴联动④PLC采用SIMATICS5的PLC130－B，输入输出点各512点⑤采用12in彩色显示器或9in单色显示器27SIEMENS802系列系统包括：802S／Se／Sbaseline；802C／Ce／Cbaseline；802D等型号。它是西门子公司20世纪90年代末开发的集CNC、PLC于一体的经济型控制系统。近年来在国产经济型、普及型数控机床上有较大量的使用。802系列数控系统的共同特点是结构简单、体积小、可靠性较高。SIEMENS802系列系统28①802S、802C系列是西门子公司为简易数控机床开发的经济型系统，两种系统的区别是：802S系列采用步进电动机驱动；802C、802D系列通常采用SIEMENS611数字式交流伺服驱动系统②802S、802C系列系统的CNC结构完全相同。可以进行3轴控制／3轴联动；系统带有±10V的主轴模拟量输出接口，可以配具有模拟量输入功能的主轴驱动系统（如变频器）29③802S、802C系列系统可以配OP020独立操作面板与MCP机床操作面板；显示器为7in或5.7in单色液晶显示器（802S，802C）；802D采用了10.4in彩色液晶显示器④集成内置式PLC最大可以控制64点输入与64点输出，PLC的I/O模块与ECU间通过总线连接30⑤802D与802S、80C有较大的不同，在功能上比802S／C系统有了改进与提高，1）系统采用SIEMENSPCU210模块；2）控制轴数为4轴／4轴联动；3）可以通过611U伺服驱动器携带10V主轴模拟量输出，以驱动带模拟量输入的主轴驱动系统。⑥802D除保留了SIEMENS传统的编程功能外，增加了：1）PLC程序“梯形图”显示功能，方便维修；2）可以使用非SIEMENS代码指令进行编程，系统的开放性更强。31SIEMENS810／820是西门子公司20世纪80年代中期开发的CNC、PLC一体型控制系统，它适合于普通车、铣、磨床的控制，系统结构简单、体积小、可靠性高，在80年代末、90年代初的数控机床厂上使用较广。①810与820的区别仅在于显示器：810为9in单色显示，系统电源为24V；820为12in单色或彩色显示，系统电源为交流220V；其余硬件、软件部分完全一致SIEMENS810／820系统32②810／820最大可控制6轴（其中允许有2个作为主轴控制），3轴联动③系统由电源、显示器、CPU板、存储器（MEM／EPROM／RAM）板、I/O板、接口板、显示控制板、位控板、机箱等硬件组成。硬件采用了较多LSI（大规模集成电路）和专用