数控系统硬件结构与连接
合集下载
数控机床各组成部分结构及控制原理
10
1．插补周期的选择
T的选择非常重要 基本思想：采用时间分割的思想，根据编程给定的进 给速度F将轮廓曲线分割为相等的插补周期T的进给段， 即轮廓步长ΔL，ΔL＝F.T
2．插补运算时间
T必须大于插补运算时间和CPU执行其他实时任务所 需的时间之和
11
3．位置反馈采样周期
插补运算结果是供位置采样周期使用的各坐标轴的 位置增量值，因此，采样周期TF通常＝T，或者T 是TF的整数倍。T=8ms ，TF＝4ms
30
2．4 数控机床的进给伺服系统
伺服系统的特点
1. 伺服系统的运动来源于偏差信号 偏差：指令信号与反馈信号的比较
2. 伺服系统必须有负反馈回路 3. 伺服系统始终处于过渡过程状态 4. 伺服系统必须具有力（力矩）放大作用
31
伺服系统的基本要求
位移精度要高 定位精度高 稳定性好 动态响应快 调速范围宽 低速大转矩
F 0 F 0
x y
F F ye F F xe
6
3. 终点判别
总步长法：N X e Ye
单边计数法：N maxXe , Ye
坐标计数法 长边坐标计数法
7
❖ 4. 举例
❖ 若加工第一象限直线OE，起点为O（0，0），终点为E（5，3）。按逐点 比较法进行插补计算，并作出插补轨迹图。
1. 调速范围宽而有良好的稳定性，低速 时要求速度平稳；
2. 负载特性硬，即使在低速时，有足够 的
负载能力，反应速度快； 3. 可频繁地起、停、换向等。
34
2．4．2 开环进给伺服系统
一、工作原理： ❖ 组成部分：驱动控制环节、执行元件 ❖ 驱动控制环节的任务：是将指令脉冲
转化为执行元件所需的信号 ❖ 步进电机的任务：是将（处理过的指
1．插补周期的选择
T的选择非常重要 基本思想：采用时间分割的思想，根据编程给定的进 给速度F将轮廓曲线分割为相等的插补周期T的进给段， 即轮廓步长ΔL，ΔL＝F.T
2．插补运算时间
T必须大于插补运算时间和CPU执行其他实时任务所 需的时间之和
11
3．位置反馈采样周期
插补运算结果是供位置采样周期使用的各坐标轴的 位置增量值，因此，采样周期TF通常＝T，或者T 是TF的整数倍。T=8ms ，TF＝4ms
30
2．4 数控机床的进给伺服系统
伺服系统的特点
1. 伺服系统的运动来源于偏差信号 偏差：指令信号与反馈信号的比较
2. 伺服系统必须有负反馈回路 3. 伺服系统始终处于过渡过程状态 4. 伺服系统必须具有力（力矩）放大作用
31
伺服系统的基本要求
位移精度要高 定位精度高 稳定性好 动态响应快 调速范围宽 低速大转矩
F 0 F 0
x y
F F ye F F xe
6
3. 终点判别
总步长法：N X e Ye
单边计数法：N maxXe , Ye
坐标计数法 长边坐标计数法
7
❖ 4. 举例
❖ 若加工第一象限直线OE，起点为O（0，0），终点为E（5，3）。按逐点 比较法进行插补计算，并作出插补轨迹图。
1. 调速范围宽而有良好的稳定性，低速 时要求速度平稳；
2. 负载特性硬，即使在低速时，有足够 的
负载能力，反应速度快； 3. 可频繁地起、停、换向等。
34
2．4．2 开环进给伺服系统
一、工作原理： ❖ 组成部分：驱动控制环节、执行元件 ❖ 驱动控制环节的任务：是将指令脉冲
转化为执行元件所需的信号 ❖ 步进电机的任务：是将（处理过的指
数控系统的结构和工作原理
FANUC 0iC FSSB伺服控制：NC上的口为 COP10A，接伺服放大器COP10B，如还有一个
伺服放大器，则再从COP10A 到 COP10B。 FANUC 0iC I/O：I/O Link NC上的口为JD1A， 接I/O单元上JD1B，如再有一个I/O单元，从上一
单元JD1A接至下一个单元JD1B。CB104— CB107为4根扁平电缆,每根50芯,通向机床面板和
机床
FSSB和I/O Link体现 FANUC 公司硬件结构思想, 主运动信息和辅助运动信息分离
四、SIEMENS（西门子）802D系统结构
一、数控系统主要部件
数控控制器 伺服（主轴）放大器、电机（反馈） I/O装置 机床
二、数控机床装配过程
1、机床厂选型购置 2、电器、机械连接 3、PLC编程（辅助功能） 4、参数确定（主运动） 5、联调
三、FANUC 0iC 系统的结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
FSSB 主运动信息
I/O Link 辅助运动信息
伺服放大器，则再从COP10A 到 COP10B。 FANUC 0iC I/O：I/O Link NC上的口为JD1A， 接I/O单元上JD1B，如再有一个I/O单元，从上一
单元JD1A接至下一个单元JD1B。CB104— CB107为4根扁平电缆,每根50芯,通向机床面板和
机床
FSSB和I/O Link体现 FANUC 公司硬件结构思想, 主运动信息和辅助运动信息分离
四、SIEMENS（西门子）802D系统结构
一、数控系统主要部件
数控控制器 伺服（主轴）放大器、电机（反馈） I/O装置 机床
二、数控机床装配过程
1、机床厂选型购置 2、电器、机械连接 3、PLC编程（辅助功能） 4、参数确定（主运动） 5、联调
三、FANUC 0iC 系统的结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
FSSB 主运动信息
I/O Link 辅助运动信息
FANUC数控系统硬件的连接
6.模拟主轴（JA40）的连接，实训台使用变频模拟主轴，主轴信 号指令由JA40模拟主轴接口引出，控制主轴转速。
7.I/O Link[JD1A]，本接口是连接到I/O Link的。注意按照从 JD1A到JD1B的顺序连接，即从系统的JD1A出来，到I/O Link的JD1B为止 ，下一个I/O设备也是如此，如若不然，则会出现通讯错误而检测不到 I/O设备。
3)模拟主轴控制信号接口 JA40 用于模拟主轴伺服单元或变频器模拟电压的给定。
NC与模拟主轴的连接：
注： 1）SVC和EC为主轴指令电压和公共端，ENB1和ENB2为主轴使能信 号 2）当主轴指令电压有效时，ENB1，ENB2接通。当使用FANUC主轴 伺服单元时，不使用这些信号。 3）额定模拟电压输出如下：
（2）每一个DOCOM都连在印刷版上，如果使用连接器的DO信号（Y ），请确定输入DC24V到每个连接器的DOCOM。
COB104输入单元连接图
COB106输入单元连接图
COB104输出单元连接图
对于I/O LINK的所有单元来说，JD1A和JD1B的引脚分配都是一致。 I/O LINK的电缆连接如下图所示
RS232接口还可以传输或监控梯形图、DNC加工运行。
RS232传输线
DB9常用信号脚接口说明
针 接受数据 发送数据
数据终端准备 信号地
缩 针号 写 DCD 6 RXD 7 TXD 8 DTR 9 GND
功能说明
数据设备准备好 请求发送 清楚发送 振铃提示
(1)I/O单元电源接口 (2)I/O单元手轮信号接口
(3)I/O单元输入/输出接口
(3)I/O单元输入/输出接口
名称的解释：
0i-表明的是FANUC 系统的类型(名称)，由这个名称 可知系统的种类和档次。
7.I/O Link[JD1A]，本接口是连接到I/O Link的。注意按照从 JD1A到JD1B的顺序连接，即从系统的JD1A出来，到I/O Link的JD1B为止 ，下一个I/O设备也是如此，如若不然，则会出现通讯错误而检测不到 I/O设备。
3)模拟主轴控制信号接口 JA40 用于模拟主轴伺服单元或变频器模拟电压的给定。
NC与模拟主轴的连接：
注： 1）SVC和EC为主轴指令电压和公共端，ENB1和ENB2为主轴使能信 号 2）当主轴指令电压有效时，ENB1，ENB2接通。当使用FANUC主轴 伺服单元时，不使用这些信号。 3）额定模拟电压输出如下：
（2）每一个DOCOM都连在印刷版上，如果使用连接器的DO信号（Y ），请确定输入DC24V到每个连接器的DOCOM。
COB104输入单元连接图
COB106输入单元连接图
COB104输出单元连接图
对于I/O LINK的所有单元来说，JD1A和JD1B的引脚分配都是一致。 I/O LINK的电缆连接如下图所示
RS232接口还可以传输或监控梯形图、DNC加工运行。
RS232传输线
DB9常用信号脚接口说明
针 接受数据 发送数据
数据终端准备 信号地
缩 针号 写 DCD 6 RXD 7 TXD 8 DTR 9 GND
功能说明
数据设备准备好 请求发送 清楚发送 振铃提示
(1)I/O单元电源接口 (2)I/O单元手轮信号接口
(3)I/O单元输入/输出接口
(3)I/O单元输入/输出接口
名称的解释：
0i-表明的是FANUC 系统的类型(名称)，由这个名称 可知系统的种类和档次。
计算机数控装置的硬件结构
2019年5月13日
感谢你的观看
13
缓冲寄存器： 组成：由四组D型触发器组成，每组有四个D触 发器。 功能：存放表示跟随误差的十六位二进制数的 每一位。 原理：每一个采样周期，在地址译码信号、数 据输出请求的译码信号、数据选通输入信号 （均为低电平有效）同时有效时，发出一个采 样脉冲，利用采样脉冲的后沿，将数据总线上 数据和符号，读入到缓冲寄存器中。
2019年5月13日
感谢你的观看
14
二进制计数器：
组成：由四组二进制计数器组成，并接成加法
计数形式。
原理：缓冲寄存器存有跟随误差数值后，经一
定的延时，在D/A传送信号和计数时钟同步后产
生置入脉冲信号，将数据置入二进制计数器中，
置入计数器的数据有15位表示数值（
），
一位表示符号（ ），当符号位为高电平时，
2019年5月13日
感谢你的观看
22
以电压输入的接收点（如P157图4.2.8）
2019年5月13日
感谢你的观看
23
②输出接口 分类：继电器输出电路、无触点输出电路（如 P157图4.2.9）
2019年5月13日
感谢你的观看
24
负载为指示灯的典型信号输出电路（如P157图4.2.10）
2019年5月13日
图4.2.4（1）、位置输出模板如P152图4.2.4（2））
1、位置控制芯片 工作原理：CPU输出的位置指令，经过芯片MB8739处理后， 送往D/A变换，再经过速度控制单元以控制电机运动，电机的 轴上装有光电脉冲发生器，随着电机转动产生系列脉冲，该脉 冲经接收器后反馈到MB8739，然后将其分为两路，一路作为 位置量的反馈，一路经频率/电压（F/V）变换，作为速度量的 反馈信号送往速度控制单元。
数控 系统基本原理与结构
（3）结构简单，容易实现。
（4）正是由于只有一个微处理机集中控制，其功能将受微处理机字长、数据 宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制。
多微处理机（紧耦合、松耦合）的结构特点：
1）性能价格比高。
2）采用模块化结构具有良好的适应性和扩展性。
3）可靠性高。
4）硬件易于组织规模生产。
多微处理机CNC装置的典型结构
输出至机床的
控制信号图2-18 双端口存储器结构框图
CRT （CPU2）
插补 （CPU3）
轴控制 （CPU4）
图2-19 多微处理机共享存储器结构框图
2.3.2 PC-based数控系统的硬件构成
1. PC-based数控系统的体系结构主要有以下3种形式 （1）专用数控加PC前端的复合式结构
串口
并口
模块 （CPU）
系统总线
操作面板 显示模块
CNC插补 模块
（CPU）
PC功能 模块
（CPU）
位置控制 模块
（CPU）
主轴控制 模块
图2-17 多微处理机共享总线结构框图
1）共享存储器结构
中断 控制
仲裁逻 辑控制
端口1 RAM
地址和数据多 路转换器
从机床来的 控制信号
I/O(CPU1) 共享存储器
端口2
第二章 数控系统基本原理与结构
2.3 计算机数控系统硬件结构
2.3.1 CNC系统的定义与结构
CNC系统: 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 的一部分或全部功能，在计算机之外的唯一装置是接 口。
CNC控制器
指令 输入
计算机 (CNC软件)
硬件电路 (CNC硬件)
（4）正是由于只有一个微处理机集中控制，其功能将受微处理机字长、数据 宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制。
多微处理机（紧耦合、松耦合）的结构特点：
1）性能价格比高。
2）采用模块化结构具有良好的适应性和扩展性。
3）可靠性高。
4）硬件易于组织规模生产。
多微处理机CNC装置的典型结构
输出至机床的
控制信号图2-18 双端口存储器结构框图
CRT （CPU2）
插补 （CPU3）
轴控制 （CPU4）
图2-19 多微处理机共享存储器结构框图
2.3.2 PC-based数控系统的硬件构成
1. PC-based数控系统的体系结构主要有以下3种形式 （1）专用数控加PC前端的复合式结构
串口
并口
模块 （CPU）
系统总线
操作面板 显示模块
CNC插补 模块
（CPU）
PC功能 模块
（CPU）
位置控制 模块
（CPU）
主轴控制 模块
图2-17 多微处理机共享总线结构框图
1）共享存储器结构
中断 控制
仲裁逻 辑控制
端口1 RAM
地址和数据多 路转换器
从机床来的 控制信号
I/O(CPU1) 共享存储器
端口2
第二章 数控系统基本原理与结构
2.3 计算机数控系统硬件结构
2.3.1 CNC系统的定义与结构
CNC系统: 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 的一部分或全部功能，在计算机之外的唯一装置是接 口。
CNC控制器
指令 输入
计算机 (CNC软件)
硬件电路 (CNC硬件)
数控系统基本组成课件
求信号以获取所需要的数据，从而完成某一辅助功能，
该结构称为主从结构，也可归为单机结构。
.
多微处理器系统的组成
多微处理器系统的CNC装置中有两个或两个 以上带CPU的功能部件可对系统资源（存储器、 总线）有控制权和使用权。它们又分为多主结 构和分布式结构。多主结构是指带CPU的功能 部件之间采用紧耦合方式联结, 有集中的操作 系统用总线仲裁器解决总线争用通过公共存储 器交换系统信息。
.
.
.
手摇脉冲发生 器
.
⑶通信接口
通常数控系统均具有标准的RS232C串行
通信接口, 因此与外设以及上级计算机连
接很方便。
.
⑷进给轴控制接口
实现进给轴的位置控制包括三方面 的内容: 进给速度控制、插补运算和 位置闭环控制。插补方法分为基准脉 冲法与数据采式提供给位置控制单元，这种插 补方法进给速度与控制精度较低，主
.
⑶速度控制程序
速度控制程序根据给定的速度值控制插补 运算的频率, 以保预定的进给速度。在速度变 化较大时, 需要进行自动加减速控制, 以避免因 速度突变而造成驱动系统失步。
.
⑷管理程序
管理程序负责对数据输入、数据处理、插补运算 等为加工过程服务的各种程序进行调度管理。管理程 序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中 断进行处理。
.
3. 多微处理机CNC装置的典型结构
（1）共享总线结构 （2）共享存储器结构
.
数控软件的特点及关键技术
1.多任务与并行处理技术
（1）. 数控装置的多任务性
图4-11 数控装置的任务及分类框图
.
这些任务中有些可以顺序执行，有些必须同时执行，如: （1） 显示和控制任务必须同时执行，以便操作人员及时了解
CKA6150典型数控系统电气控制硬件连接
第8章典型数控系统电气控制硬件连接
（9）独立放置的操纵箱可纵向滑移，便于操作者就近对刀，操纵 箱面板采用触摸式按键，美观可靠。
（10）配有内冷却，不抬起刀架更有利于加工工件及防止冷却液 飞溅。
（11）床鞍及滑板导轨结合面采用“贴塑”处理，移动部件可实 现微量进给，防止爬行。
2．CKA6150数控车床电气系统简述 CKA6150数控卧式车床的电气控制系统是由CNC主控制装置、交流 伺服驱动系统、主轴系统、强电控制部分等构成。CNC主控制装置 以及伺服驱动装置，采用日本FANUC公司的产品，使机床性能价格 比十分优越；主轴系统采用日本三菱变频器主轴变速，方便灵活。 机床电气控制系统框图如图8-10所示。
第8章典型数控系统电气控制硬件连接
电网电压：交流380V(±10%) 电网频率：50Hz（±1Hz） 工作环境温度：5～40度
相对湿度：25°时80% （3）机床电气的构成 1）数控系统CNC 日本FANUC公司：FANUC Oi MATE TC 2）伺服驱动装置及伺服电动机 X轴：B-SVM1-20伺服驱动装置 B8/3000iS伺服电动机 Z轴：B-SVM1-20伺服驱动装置 B8/3000iS伺服电动机 本伺服电动机配有绝对值编码器，在加工过程中有断电保护功能 。．
第8章典型数控系统电气控制硬件连接图81fanuc0i0imatetc主面板及主控单元前视图第8章典型数控系统电气控制硬件连接图82fanuc0i0imatetc主控单元后视图及其接口信号的定义第8章典型数控系统电气控制硬件连接3fanuc0i数控装置io单元接口信号的定义fanuc0i数控装置io单元视图及其接口信号的定义如图83所示2fanuc0i0imate进给伺服驱动装置进给伺服系统主要由各轴进给伺服驱动装置及其伺服电动机组成伺服驱动装置接受从主控制单元发出的进给速度和位移指令信号作一定的转换和放大后驱动伺服电电动机从而通过机械传动机构驱动机床的执行部件实现精确的工作进给和快速移动
HNC-8型数控系统的典型硬件及其综合连接
2) 总线入接口：HNC-808、HNC-818B这两种8型数控系统，由于是上下面板一体化的结构 ，故其总线是由IPC-100直接从面板内部到下面板（MCP）的，因此在HMI外部就没有此总 线的输入接口标号；而HNC-818A及HNC-848C这两种8型数控系统，由于上下面板是分离的 ，故其总线是由IPC-100到下面板（MCP）的XS6A总线输入接口。
应用： a)为IPC单元、数控装置、I/O单元等提供电源； b)提供掉电后UPS功能，保证系统在异常掉电后，保存设备的运行状态。
HIO-1000总线式I/O单元 总线I/O单元特性简介： a) 通过总线最多可扩展16个I/O单元； b) 采用不同的底板子模块可以组建两种I/O单元，其中HIO-1009型底板子模块可提供1个 通讯子模块插槽和8个功能子模块插槽；HIO-1006型底板子模块可提供1个通讯子模块插槽 和5个功能子模块插槽； c) 功能子模块包括开关量输入/输出子模块、模拟量输入/输出子模块、轴控制子模块等 开关量输入/输出子模块-----提供16路开关量输入或输出信号； 模拟量输入/输出子模块-----提供4通道A/D信号和4通道的D/A信号； 轴控制子模块-----提供2个轴控制接口，包含脉冲指令、模拟量指令和编码器反馈接口 d)开关量输入子模块NPN、PNP两种接口可选，输出子模块为NPN接口，每个开关量均带指
3) 总线出接口：HNC-808、HNC-818B的总线出接口为XS6，而HNC-818A及HNC-848C的总线 出接口为XS6B。
4) 手持单元接口XS8：为手持单元接口。
5) USB接口XS7：为标准U盘接口。HNC-8型数控系统可以使用的U盘最大容量为8GB，其使 用的文件系统必须是FAT32格式。
第3章 数控系统的硬件组成
• 3.2.1 数控系统的结构特点 • 3.2.2 微机系统 • 3.2.3 数控系统的软件结构类型
2013-8-15
3.2.1
数控系统的结构特点
2013-8-15
3.2.2
微机系统
Байду номын сангаас
2013-8-15
3.2.3
数控系统的软件结构类型
2013-8-15
3.3 数控装置的技术特征
• • • • 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 数控装置的特点 数控装置的功能 NC、CNC、SV与PMC的概念 现代数控技术的特征
2013-8-15
2013-8-15
2013-8-15
2013-8-15
2013-8-15
图3—1 华中Ⅰ型数控系统硬件结构图
2013-8-15
3－ —11 2 FANUC0i-B FANUCoi 数控系统 图1 数控系统
2013-8-15
图3－3 SIN840C系统
2013-8-15
• 由此可知，设备辅助控制接口的功能必须能完成上述两 个任务：① 即电平的转换和功率放大；② 电气隔离。
2013-8-15
3.1.3．数字逻辑控制模块
2013-8-15
图3—4 PLC 系统基本结构图
2013-8-15
2013-8-15
3.1.4．位置控制模块（伺服系统）
2013-8-15
• • • • •
2．位置控制模块组成原理 位置控制模块由三部分组成，其原理框图如图所示。 （1）速度指令转换部分 （2）位置反馈脉冲回收部分 （3）速度反馈电压转换部分
图3－5 闭环位置控制模块原理框图
2013-8-15
2013-8-15
2013-8-15
3.2.1
数控系统的结构特点
2013-8-15
3.2.2
微机系统
Байду номын сангаас
2013-8-15
3.2.3
数控系统的软件结构类型
2013-8-15
3.3 数控装置的技术特征
• • • • 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 数控装置的特点 数控装置的功能 NC、CNC、SV与PMC的概念 现代数控技术的特征
2013-8-15
2013-8-15
2013-8-15
2013-8-15
2013-8-15
图3—1 华中Ⅰ型数控系统硬件结构图
2013-8-15
3－ —11 2 FANUC0i-B FANUCoi 数控系统 图1 数控系统
2013-8-15
图3－3 SIN840C系统
2013-8-15
• 由此可知，设备辅助控制接口的功能必须能完成上述两 个任务：① 即电平的转换和功率放大；② 电气隔离。
2013-8-15
3.1.3．数字逻辑控制模块
2013-8-15
图3—4 PLC 系统基本结构图
2013-8-15
2013-8-15
3.1.4．位置控制模块（伺服系统）
2013-8-15
• • • • •
2．位置控制模块组成原理 位置控制模块由三部分组成，其原理框图如图所示。 （1）速度指令转换部分 （2）位置反馈脉冲回收部分 （3）速度反馈电压转换部分
图3－5 闭环位置控制模块原理框图
2013-8-15
2013-8-15
FANUC数控系统的硬件连接介绍PPT(35张)
项目1 发那科数控系统的软硬件
任务1.1 发那科数控系统的硬件连接
➢ 知识目标: 1、FANUC数控装置接口 2、FANUC进给伺服放大器（数字伺服）接口 3、FANUC模拟主轴伺服（主轴变频器）接口 4、FANUC电源装置接口 5、FANUC I/O LINK模块接口 6、FANUC分离器接口 7、FANUC数控系统总体连接
变频器控制端子说明：
STF：正转启动。 STR：反转启动。 RH、RM、RL：多段转速选择。 SD：端子STF、STR、RH、RM、RL 的公共端子。
端口号 COP10A
JA1 JA2 JD36A/JD36B JA40 JD1A JA7A CP1
用途 伺服FSSB总线接口
CRT MDI RS-232-C 模拟主轴 I/OLINK总线接口 主轴编码器反馈接口 24V电源
布置任务：现场认识FANUC Oi-C系统主板接 口。 步骤： 1）学生使用六角扳手打开系统后板； 2）观察系统接口，掌握每个接口的作用。
2、讲解FANUC 0i数控装 置接口定义
二、FANUC 进给伺服放大器接口
进给伺服系统主要由进给伺服驱动装置及其伺服电动机组 成。
伺服驱动装置接受从主控制单元发出的进给速度和位移指令 信号，作一定的转换和放大后，驱动伺服电动机，从而通过机 械传动机构，驱动机床的执行部件实现精确的工作进给和快速 移动。
开环控制
开环控制特点：结构简单、价格低廉，调试和维修都比较方便， 但精度较低。
FANUC 系统交流伺服放大器的分类：
α系列伺服单元
伺服单元
具有（串J行S1数B）字接口
交 流
（SVU）
β伺服单元
具有伺服总线接口 （COP10A/COP10B）
任务1.1 发那科数控系统的硬件连接
➢ 知识目标: 1、FANUC数控装置接口 2、FANUC进给伺服放大器（数字伺服）接口 3、FANUC模拟主轴伺服（主轴变频器）接口 4、FANUC电源装置接口 5、FANUC I/O LINK模块接口 6、FANUC分离器接口 7、FANUC数控系统总体连接
变频器控制端子说明：
STF：正转启动。 STR：反转启动。 RH、RM、RL：多段转速选择。 SD：端子STF、STR、RH、RM、RL 的公共端子。
端口号 COP10A
JA1 JA2 JD36A/JD36B JA40 JD1A JA7A CP1
用途 伺服FSSB总线接口
CRT MDI RS-232-C 模拟主轴 I/OLINK总线接口 主轴编码器反馈接口 24V电源
布置任务：现场认识FANUC Oi-C系统主板接 口。 步骤： 1）学生使用六角扳手打开系统后板； 2）观察系统接口，掌握每个接口的作用。
2、讲解FANUC 0i数控装 置接口定义
二、FANUC 进给伺服放大器接口
进给伺服系统主要由进给伺服驱动装置及其伺服电动机组 成。
伺服驱动装置接受从主控制单元发出的进给速度和位移指令 信号，作一定的转换和放大后，驱动伺服电动机，从而通过机 械传动机构，驱动机床的执行部件实现精确的工作进给和快速 移动。
开环控制
开环控制特点：结构简单、价格低廉，调试和维修都比较方便， 但精度较低。
FANUC 系统交流伺服放大器的分类：
α系列伺服单元
伺服单元
具有（串J行S1数B）字接口
交 流
（SVU）
β伺服单元
具有伺服总线接口 （COP10A/COP10B）
数控系统的基本结构
第二章数控系统的基本结构第一节数控系统的硬件结构
一、数控系统硬件结构的类型
1.大板式结构和模块化结构
2.专用型结构和开放式结构
3.单微处理器结构和多微处理器结构
二、数控系统硬件结构主要组成部分的功能
1.微处理器和总线
2.存储器
3.定时器和中断控制器
4.位置控制器
5.可编程控制器接口
三、输入/输出接口
1.纸带阅读机接口
2.键盘MDI接口
3.数码显示器接口
4.CRT显示器接口
5.直流开关量输入接口
6.直流开关量输出接口
7.模拟量输入/输出接口
8.通信接口
第二节数控系统的软件结构
一、数控系统软硬件界面
二、数控系统软件的内容
三、数控系统软件的结构特点
1.数控系统的多任务并行处理
2.实施中断处理
四、数控系统软件的结构
1.前后台型结构
2.中断型结构
第三节、数控系统的信息处理
一、输入
1.输入过程
2.键盘输入
二、存储
三、译码
1.代码的识别
2.功能码的译码
四、运算
1.刀具补偿
2.速度处理
3.插补
4.位置控制处理。
项目二 数控系统硬件连接
主轴的控制对象是系统JA40 口输出0-¡10V 的电压给变频器，从而控制主 轴电机的转速。
任务二：数控系统的硬件连接训练 6) 伺服电机动力电源连接
主要包含伺服主轴电机与伺服进给电机的动力电源连接，伺服主轴电 机的动力电源是采用接线端子的方式连接，伺服进给电机的动力电源是采
用接插件连接，在连接过程中，一定要注意相序的正确。
任务一：数控机床的组成(FANUC)
主 轴 电 动 机
普通型和变频专用电动机
串行数字主轴电动机
任务一：数控机床的组成(FANUC)
主 轴 传 动 机 构
带传动（经过一级降速）
经过一级齿轮的带传动
任务一：数控机床的组成(FANUC)
主 轴 传 动 机 构
内装式电机主轴单元 （电主轴） 几级降速齿轮传动
6.αi伺服模块（SVM2）
TB1： DC300V直 流母线 CXA2B:DC 24V工作电 源与控制信 号总线
CXA2A:DC 24V工作电 源与控制信 号总线
COP10B: 驱动器 FSSB总线
JF1:伺服电 机位置编码 器反馈 CZ2L/2M: 伺服电动机 电源输出
COP10A: 驱动器FSSB 总线 JF2:伺服电 机位置编码 器反馈
CM65: SA1信 号输入
CA65: 强电信号 输出(急停)
任务一：数控机床的组成(FANUC)
CE57/53： I/O LINK 总线接口
开/关 程序保护
XS1： SS01J信号 输入
急停 开关
SS01N： 进给轴倍率 波段开关
SS01J： 主轴倍率 波段开关
XS2： SS01N信号 输入
任务一：数控机床的组成(FANUC) 三.PMC单元与I/O LINK连接
任务二：数控系统的硬件连接训练 6) 伺服电机动力电源连接
主要包含伺服主轴电机与伺服进给电机的动力电源连接，伺服主轴电 机的动力电源是采用接线端子的方式连接，伺服进给电机的动力电源是采
用接插件连接，在连接过程中，一定要注意相序的正确。
任务一：数控机床的组成(FANUC)
主 轴 电 动 机
普通型和变频专用电动机
串行数字主轴电动机
任务一：数控机床的组成(FANUC)
主 轴 传 动 机 构
带传动（经过一级降速）
经过一级齿轮的带传动
任务一：数控机床的组成(FANUC)
主 轴 传 动 机 构
内装式电机主轴单元 （电主轴） 几级降速齿轮传动
6.αi伺服模块（SVM2）
TB1： DC300V直 流母线 CXA2B:DC 24V工作电 源与控制信 号总线
CXA2A:DC 24V工作电 源与控制信 号总线
COP10B: 驱动器 FSSB总线
JF1:伺服电 机位置编码 器反馈 CZ2L/2M: 伺服电动机 电源输出
COP10A: 驱动器FSSB 总线 JF2:伺服电 机位置编码 器反馈
CM65: SA1信 号输入
CA65: 强电信号 输出(急停)
任务一：数控机床的组成(FANUC)
CE57/53： I/O LINK 总线接口
开/关 程序保护
XS1： SS01J信号 输入
急停 开关
SS01N： 进给轴倍率 波段开关
SS01J： 主轴倍率 波段开关
XS2： SS01N信号 输入
任务一：数控机床的组成(FANUC) 三.PMC单元与I/O LINK连接
CKA6150典型数控系统电气控制硬件连接
第8章典型数控系统电气控制硬件连接
（9）独立放置的操纵箱可纵向滑移，便于操作者就近对刀，操纵 箱面板采用触摸式按键，美观可靠。
（10）配有内冷却，不抬起刀架更有利于加工工件及防止冷却液 飞溅。
（11）床鞍及滑板导轨结合面采用“贴塑”处理，移动部件可实 现微量进给，防止爬行。
2．CKA6150数控车床电气系统简述 CKA6150数控卧式车床的电气控制系统是由CNC主控制装置、交流 伺服驱动系统、主轴系统、强电控制部分等构成。CNC主控制装置 以及伺服驱动装置，采用日本FANUC公司的产品，使机床性能价格 比十分优越；主轴系统采用日本三菱变频器主轴变速，方便灵活。 机床电气控制系统框图如图8-10所示。
第8章典型数控系统电气控制硬件连接
（2）SPM系列专用主轴驱动装置 数控系统中的主轴驱动装置主要用于控制驱动加工中心中的主轴 电动机。 FANUC的α系列主轴模块主要分为SPM、SPMC、SPM－HV三种。 1）α系列FANUC 0i主轴驱动装置的型号参数 主轴驱动装置的型号参数如下所示。
SPM口－口口 ① ② ③④ ①主轴驱动装置型号； ②电动机类型，“无”为α系列，C为αC系列； ③额定输出功率； ④输入电压，“无”为200 V，HV为400 V。 2）SPM-15主轴驱动装置接口信号的定义 SPM-15主轴驱动装置接口信号的定义如图8－6所示。
第8章典型数控系统电气控制硬件连接
(1)机床电气容量及要求 电源总容量：24KVA 满载电流：34A
电源总熔断电流：40A 防护等级：IP54 (2)机床电气主要技术要求 机床供电电源要求采用三相四线制，380V 50Hz交流电。三根相线 （Ll，L2，L3）和一根中性线(N)均从电柜底部引入电气柜内电盘 上的主接线板Ll，L2，L3和PE端子上，出厂前PE和N端子已联接， 只要将供电电源中性线接在PE端上即可。供电电源的电缆或电线的 截面积应采用不小于6mm2导电率高的铜线。保护地线还必须与机床 所设置的专用接地螺钉牢固、可靠地连接，接地电阻R<10Ω。如有 三相五线制的用户，应把供电电源引接在端子上，将接线板上的PE 和N的连线分开，分别接在五线制中的PE和N端子上。
项目二 数控系统硬件综合连接
●机床运动部件 限位开关、电磁 阀 ●液压、气压、 润滑装置 ●继电器电路 ●机床其它强电 电路
1．数控系统主板结构与接口（11）
（4）模拟主轴接口JA40
■如果采用非FANUC公司主轴电机，则可以采用变频器驱动。 ■变频器和CNC之间通过JA40接口连接，这时CNC通过JA40 接口给变频器提供-10V~+10V模拟指令信号。 ■CNC、变频器、主轴电机连接图如图所示。
SPM JYA2
JA41
JA7B
1．数控系统主板结构与接口（6）
关于串行主轴接口，有以下几点需要说明：
1）该接口所连接的放大器一定是串行主轴放大器；
2）当系统使用模拟主轴时应使CNC模拟主轴接口
与放大器连接，JA41接口此时连接模拟主轴位置编码器；
1．数控系统主板结构与接口（7）
关于串行主轴接口，有以下几点需要说明：
3．数控系统主轴放大器SPM（Spindle Amplifier Module）接口 （10）
3．数控系统主轴放大器SPM（Spindle Amplifier Module）接口 （11）
15—JY3。磁感应开关信号接口。 数控铣床、加工中心主轴具有定向或准停功能， 这样才能实现镗孔加工循环指令（G76、G86）
⑤—CX2A。直流24V输出接口。
该接口与电源模块CX2B接口连接。
⑥—CX2B。直流24V输入接口。 该接口与紧邻伺服放大器的CX2A相连接。
3．数控系统主轴放大器SPM（Spindle Amplifier Module）接口 （7）
⑦—直流回路连接点状态指示。 在该指示灯完全熄灭后，方可对模块电缆进行 各种操作，否则有危险。 ⑧—JX4。主轴放大器工作状态检查接口。 ⑨—JX1A。模块连接接口。
第三讲 机床数控系统的硬件
２．多微处理器的基本功能模块（２） 多微处理器的基本功能模块（
PLC模块 对加工程序中的开关功能和来自机床的信号 模块 进行逻辑处理，实现各功能与操作方式之间的连锁，如 机床电气设备的起动与停止、刀具交换、回转台分度、 工件数量和运行时间的计算等。 数据输入输出和显示模块 包括加工程序、参数和数据、 各种操作命令的输入（如通过纸带阅读机、键盘或上级 计算机等）和输出（如通过打印机、纸带穿孔机等）以 及显示（如通过CRT、液晶显示器等）所需要的各种接 口电路。 存储器模块 既可以是存放程序和数据的主存储器，也 可以是各功能模块间传送数据用的共享存储器。
３．多微处理器结构的特点（２） 多微处理器结构的特点（
有良好的适应性和扩展性 多微处理机的CNC装置大都 采用模块化结构。可将微处理机、存储器、输入输出控 制组成独立微计算机级的硬件模块，相应的软件也是模 块结构，固化在硬件模块中。硬软件模块形成一个特定 的功能单元，称为功能模块。功能模块间有明确定义的 接口，接口是固定的，成为工厂标准或工业标准，彼此 可以进行信息交换。于是可以积木式组成CNC装置，使 设计简单，有良好的适应性和扩展性。 硬件易于组织规模生产 一般硬件是通用的，容易配置， 只要开发新软件就可构成不同的CNC装置，便于组织硬 件规模生产，保证质量，形成批量。
FANUC15系统共享总线结构框图： 系统共享总线结构框图： 系统共享总线结构框图
装置的典型结构(2) ４．多微处理器CNC装置的典型结构 多微处理器 装置的典型结构
共享存储器结构 是面向公共存储器来设计的，即采用 多端口来实现各主模块之间的互联和通讯，同共享总线 结构一样，该系统在同一时刻也只能允许有一主模块对 多端口存储器进行访问（读／写），所以，也必须有一 套多端口控制逻辑来解决访问冲突这一矛盾。但由于多 端口存储器设计较复杂，而目对两个以上的主模块，会 因争用存储器可能造成存储器传输信息的阻塞，降低系 统效率，给扩展功能造成困难，所以一般采用双端口存 储器（双端口RAM）。
数控系统的组成
三、刀具半径补偿
１．补偿的类型：
分为左补偿和右补偿两种情形。 刀具半径左补偿：沿着加工方向，当刀具位于工
件左侧时，称刀具半径左补偿。加工时用G41指 令调用。 刀具半径右补偿：沿着加工方向，当刀具位于工 件右侧时，称刀具半径右补偿。加工时用G42指 令调用。
刀具半径补偿图例：
２．刀具补偿的步骤：
控制器结构简图：
１．硬件构成（3） ：
外围设备主要包括操作面板、键盘、显示器、光电阅读机、 纸带穿孔机和外部存储器等。
操作面板：由于不同数控机床的动作不同，所配备的操作 面板是不同的。一般操作面板具有如下按钮和开关：
进给轴手动控制按钮，用于手动调整时移动各坐标轴。 主轴启停与主轴倍率选择按钮：用于主轴的启停与正、反
插补程序：根据加工程序所提供的加工信息，如 曲线的种类（直线、圆弧或其它曲线）、起终点 （直线的起点、终点，圆弧的起点、终点及圆 心）、加工方向（顺时针、逆时针），对这些信 息进行插补运算，决定每一个脉冲到来时的移动 方向及步长，以及曲线与曲线之间如何过渡等。
２．软件构成（3）：
速度控制程序：根据给定的速度值控制插补运算 的频率，保证预定的进给速度。并能根据反馈值 的正与负自动地调节速度的大小。
诊断程序：通过识别程序中的一些标志符来判断故 障的类型和所在地。
二．机床数控系统的基本工作原理
1 ．数控系统工作原理框图：
１．程序的输入：
分为手动输入和自动输入两种方式。手动输入通 常用键盘输入；自动输入可用穿孔纸带、磁带或 用通讯的方式。
２．译码：
主要是将标准程序格式翻译成便于计算机处理数 据的格式（高级语言→机器语言）。
3．刀具半径补偿原理（2）：
X X X
切直线时刀补的计算：设上段
HNC-8型数控系统的典型硬件及其综合连接
单击此处编辑母版标题样式
17
龚承汉
单击此处编辑母版标题样式
• 单击此处编辑母版文本样式 相关接口 • 开关量输入子模块包 第二级 •型 第三级 括NPN (HIO-1011N)和PNP 型(HIO-1011P) 两种，区别 • 第四级 在于： NPN型为低电平有效 • 第五级
开关量输入子模块功能及
2014-9-24
8
龚承汉
单击此处编辑母版标题样式
C系列数控装置接口图-上面板背面
• 单击此处编辑母版文本样式 NCP：上下面板接口 • • • • 第二级 第三级 第四级 第五级
2014-9-24
9
龚承汉
单击此处编辑母版标题样式
C系列数控装置接口图-下面板背面
• ：上下面板接口 单击此处编辑母版文本样式 NCP • ：手持单元接口 第二级 XS8 • 、 第三级 XS6A XS6B：NCUC总线入/出接口 • 第四级 • 第五级
龚承汉
单击此处编辑母版标题样式
• • • • •
IPC-100功能： 单击此处编辑母版文本样式 第二级 a)嵌入式工业计算机模块，可运行LINUX、WINDOWS操作系统； 第三级 b)具备PC机的标准接口：VGA、USB、以太网等； 第四级 c)配置DSP+FPGA+以太网物理层接口。 第五级
插头为黑色
2014-9-24
19
龚承汉
单击此处编辑母版标题样式
模拟量输入/输出（A/D-
D/A）子模块 (HIO-1073) • 单击此处编辑母版文本样式 负责完成机床到数控系统
• 第二级 的A/D信号输入和数控系 • 第三级 统到机床的D/A信号输出 • 第四级 。每个A/D-D/A子模块提 • 第五级 供4通道 12位差分/单端模
数控系统的构成、工作原理和功能
数控系统的构成、工作原理和功能一、数控装置数控（NC）装置是数控装备的控制核心，通常由一台专用计算机和输入输出设备构成，如下图所示。
▲数控（NC）装置的组成1、信息信息、程序可以通过键盘人工编程输入，也可以在专门的编程系统中完成程序编制，将信息、程序存储在移动硬盘、光盘、U盘上输入数控系统，在通信控制的数控机床上，程序还可以由计算机接口传送。
2、专用计算机它由信息输入装置、运算器、控制器和输出装置组成。
专用计算机对信息进行处理，如计算各执行元件的移动量，另外通过固定、内置的逻辑单元操作程序控制动作信息（如：电动机开停、电动机正反转、刀具更换、检测等）。
3、伺服系统伺服系统控制驱动装备的执行元件，实现伺服电动机的起动、回转、编码检测、反馈、控制回转位置、减速、停止等。
通过上述组成部分可以看出，数控装置的工作过程是：将信息、程序通过专用计算机的输入装置，由控制器中的译码器对输入的信息进行识别，将识别结果向专用计算机的输出装置发出控制信号，执行规定的操作；最后由输出装置实现对伺服系统的数据输出，以实现对伺服系统的控制。
数控装置根据输入的指令进行译码、处理、计算和控制实现数控功能。
该类装置是20世纪50～70年代随着计算机技术发展而产生的一种控制技术。
从本质上讲，数控装置所具有的功能都是采用专用的硬件电路来实现的，因此也称为硬件数控装置。
从现代计算机技术和装备技术要求的角度来讲，这种专用数控装置结构复杂，功能扩展困难并受到一定限制，适应性及灵活性差，设计、制造周期长，制造成本高，稳定可靠性较差。
现代数控装置已发展成为计算机数控装置，也称为软件数控装置。
二、计算机数控系统以小型通用计算机或微型计算机的系统控制程序来实现部分或全部数控功能，简称为计算机数控（CNC）。
CNC系统是现代的主流数字控制系统。
用CNC系统控制的数控机床，简称CNC机床。
1、CNC装置的组成CNC装置由硬件和软件两大部分组成。
（1）硬件由CPU、存储器、总线、输入/输出接口、MDI/CRT接口、位置控制、通信接口等组成。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
任务实施
一、CNC系统伺服系统连接
相关知识
图1-4 系统与主轴单元的连接图
相关知识
图1-5 系统与串行主轴的连接
相关知识
图1-6 系统与模拟主轴的接口连接
相关知识
（3）伺服单元接口，系统的伺服卡FSSB通过光缆与伺 服模块联系起来，通过光缆传递指令信号和接收位置反馈 信号。控制的轴需要通过设置相应的参数来激活，其连接 形式如图1-7所示。图中CB10A、CB10B 为光缆接口，各模块 之间光缆是CB10A为输出口，CB10B为输入口。
3.素质目标 （1）在数控系统硬件连接过程中能严格执行相关技术 标准规范和安全操作规程，有纪律观念和团队意识。 （2）具有自主分析问题和解决问题的能力。 （3）具备环境保护和文明生产的基本素质。
相关知识
一、常见数控系统 1.FANUC数控系统简介
日本FANUC公司是专门从事数控装置及工业机器人生产的著名厂家， 也是世界上最有影响的专业厂家之一，该公司自20世纪50年代末开始生 产数控系统以来，已开发出40多种数控系统，目前其主推产品为FANUC -0i系列、FANUC -16/18/21系列、FANUC -30/31/32系列。
相关知识
（二）FANUC-0ID系统的硬件结构
1.FANUC 0i-D系统硬件概述
FANUC 0i-D系统高度集成，见图1-1FANUC 0i-D系统配置图，数控 系统、PMC、显示器、MDI面板一体式。它通过FSSB总线实现伺服的控制， 通过I/O Link实现对输入输出模块的管理；可以实现数字主轴和模拟主 轴的控制，还可以通过网络接口、RS-232接口、USB接口进行数据交换。 数控系统主板主要提供以下功能：系统电源；主CPU；系统软件、宏程 序梯形图及参数的存储； PMC控制；I/O Link控制；伺服及主轴控制； MDI及显示控制等。
相关知识
图1-7 数字伺服电路连接图
相关知识
（4）数控系统[JD5 1A]接口，该接口是连接到I/O模块 （I/O LinK），以便于I/O信号与数控系统交换数据。按照 从JD51A到JD1B的顺序连接，即从数控系统的JD51A出来， 到I/O Link的JD1B为止，下一个I/O设备也是从前一个I/O Link的JD1A到下一个I/O Link的JD1B，如果不是按照这种 顺序，则会出现通讯错误而检测不到I/O设备。
相关知识
（5）存储卡插槽（系统的正面），用于连接存储卡， 可对参数、程序及梯形图等数据进行输入/输出操作，也可 以进行DNC加工。
（6）RS232接口是与电脑通讯的连接口，共有两个， 一般接左边一个，右边为备用接口，如果不与电脑连接， 则不用接此线（推荐使用存储卡代替232口，传输速度及安 全性都比串口优越）。
相关知识
C系统综合连线
相关知识
图1-2综合连线图及系统框图
相关知识
（1）电源接口，见图1-3电源接口连接图，数控系统 需要外部提供+24V直流电源，电源电压必须满足输入电压 +24±10%，允许的输入瞬间中断持续时间10ms（输入幅值 下降100%），20ms（输入幅值下降50%）。
图1-3电源接口连接图
任务目标
1.知识目标 （1）学习数控系统的基础知识。 （2）掌握FANUC 0iD数控系统各部件的作用、组成。 （3）了解数控系统各部件的作用及接口连接。
任务目标
2.能力目标 （1）能够进行系统硬件名称、型号确认。 （2）能够进行系统接口识别及连接。 （3）查阅相关资料能够读懂数控系统连接图
任务目标
“十二五”职业教育国家规划教材 经全国职业教育教材审定委员会审定
数控机床故障诊断与 维修 (第三版)
主编 杨中力、 温丹丽
模块一 数控系统硬件结构及连接
工作任务
本任务通过对FANUC 0ID数控系统与各外部设备（输入 电源、放大器，I/O 等）之间的总体连接、放大器（αi系 列电源模块，主轴模块，伺服模块，βｉｓ 系列放大器， βｉSVPM）之间的连接以及和电源，电机等的连接的学习 与实践，进一步深刻理解数控系统的原理,掌握数控系统各 部件的作用和构成,能够完成典型数控系统的硬件连接。
相关知识
FANUC-0iD系列 ：是具有高可靠性、高性价比的纳米CNC，其中 fanuc-0i-MD是加工中心用CNC，最多控制8个轴（包括主轴）；fanuc0i-TD是车床用CNC，1路径最多控制8个轴，2路径最多控制11个轴； fanuc-0i-PD是冲床用CNC，最多控制7个轴。fanuc-0i mate是个型号的 简化版 ，控制轴总数量减少。
相关知识
图1-1FANUC 0i-D系统配置图
相关知识
2.SIEMENS数控系统简介
SIEMENS公司是生产数控系统的著名厂家，SIEMENS公司数控系统的 名称为SINUMERIK。目前其主流产品为SIN810D、SIN840D、SIN802D、 SIN828D系列。SINUMERIK 802D sl是一种将数控系统（NC，PLC，HMI） 集成在一起的数控系统。配备全数控键盘（垂直型或水平型）。PLC的 I/O可通过 PROFIBUS DP系统进行操作。数控系统与驱动系统的模块结 构相结合，可通过 DRIVE -CLiQ与数字式驱动装置连接。该系统根据功 能 由 低 到 高 又 分 为 三 个 版 本 ， 分 别 是 ： VALUE 型 、 PLUS 型 和 PRO 型 。 SINUMERIK 802D sl控制系统配置 MCP 802D sl机床控制面板，当MCPA 模块结合 SINUMERIK 802D sl一起使用时，能够提供一个±10 V接口， 用于一个模拟主轴的控制。
相关知识
（2）主轴单元接口，数控系统可连接两类主轴单元， 如图1-4所示连接FANUC串行主轴单元或使用模拟指令信号 接口连接变频器。串行主轴接口的信号如图1-5所示，模拟 主轴接口连接如图1-6所示。系统配置串行主轴接口和模拟 指令输出接口。根据系统类型最多可连接两个主轴：串行 主轴+模拟输出接口，或双串行主轴。对于不同的硬件接口 连接，要调整相应系统参数才能激活接口。