第3章 典型数控系统的硬件连接

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图3－30 接口说明
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复习与思考题
1．FANUC 6 系统与F0系列数控系统的主要区别 有哪些？ 2．简述FANUC数控系统的模块组成及其作用。 3．控制单元的连接 4．简述西门子数控系统产品结构与技术特征。 5．SIEMENS数控系统的I／O端口 6．840D数控系统的PLC接口地址如何分配？ 7．简述华中“世纪星”数控系统的主要特点与 配置。
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图3－6 I／O LINK的连接
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装备串行主轴， 18 四条伺服轴（ X、 Y、Z、B ）与 控制单元的具体 连接
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图3－8 内装 I／O 卡的连接
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3.2.3．电源模块的连接
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3.2．FANUC系统的连接
3.2.1．数控系统的模块组成 3.2.2．控制单元的连接 3.2.3．电源模块的连接 3.2.4．伺服模块的连接 3.2.5．主轴模块的连接
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图3－3 机床连接框图
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3.2.1．数控系统的模块组成
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第3章 典型数控系统的硬件连接
3.1．FANUC系列产品及其特点 3.2．FANUC系统的连接 3.3．西门子公司数控系统产品 结构 3.4．国产数控系统
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3.1．FANUC系列产品及其特点
3.1.1．FANUC 6 系统 3.1.2．F10／F11／F12 系列 3.1.3．FS15／16／18 系列 3.1.4．F0系列 3.1.5．FANUC新一代NGC系列
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图3－18 西门子 840D 的模块安装
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图3－17 840D系统构成
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Leabharlann Baidu
图3－19 SINUMERIK 840D CNC单元模块接口
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图 3－20 611模块 端口说明
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图3－21 SINUMERIK 840D 电源模块接线端口
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3.1.3．FS15／16／18 系列 1．F15 系列 见教材 2．F16／18 系列 见教材
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3.1.4．F0系列
1．F0系列数控系统的特点：
（1）本系统是一种小型高精度、高性能的软件固定型 CNC 。 （2）为了便于系统的维修，内部具备多种自诊断功能： ① 微处理器不断地监视系统内部的工作状态，并能分类显示 CNC 内部状态。一旦发生故障，报警指示灯立即发亮，并使 CNC 停止工 作。同时在 CRT 上可分类显示出故障详细内容； ② 在 CRT 显示器上，可显示出从 CNC 输出或向 CNC 输入的接通、 关断信号； ③ 通过 MDI （手动数据输入）可以“位”为单位接通、关断从 CNC 输出的接通、关断信号。 ④ 可用 CRT 显示检查数控系统的快速进给速度、加／减速时间常 数等各种参数设定值。 ⑤ 由于采用了高速微处理器的数字式交流伺服系统．无漂流影响， 实现了高速、高精度的控制。
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2．在 F0 系列中还有一种规格是 F0-PC ，它是 专为转塔冲床开发的高性能 CNC ，有下述特点： （1）电子器件采用表面安装的 LSI 及超薄型显 示单元； （2）高性能的数字伺服系统； （3）利用 M 、S 、T 和 B 代码直接加工指令， 缩短了加工循环时间，提高加工效率。 （4）超级控制功能。除了 0C 系列的标准功能外， 还增加了冲压功能、晶格点阵功能、多段数据加 工功能、C 轴控制功能等。
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3.4.1．华中“世纪星”数控系统
1．华中系列数控系统 2．华中数控的技术特点
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3.4.2．系统配置
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a) 显示器、NC键盘和控制面板 b) 手持单元 图3－27 控制面板与手持单元
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3.4.3．HNC-21／22数控系统的连接
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3.1.1．FANUC 6 系统
图3－1 大板结构示意图
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图3－2 FANUC CNC 6MB框图
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3.1.2．F10／F11／F12 系列
F10 、F11 系列数控装置的主板采用大板结构，其他模块 采用了小板，插在主板上。 F12 系列数控装置中所有电路板分别安装在两个底板上。
电源模块型号表示如下： PSM □ － □ □ ① ② ③ ④ ① 电源模块（ Power supply module ）。 ② 制动形式。“无”＝再生制动，" R " ＝ 能耗制动， “ V ” = 电压转换型再生制动，“C”= 电容模块。 ③ 输出功率。 ④ 输入电压，“无” = 200V , HV = 400V 。 例如： PSM－15 ；即表示输入电压为 200V ，输出功率 为 15kw ，再生制动的电源模块。
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图3－22 单轴伺服驱动模块
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图3－23 双轴伺服驱动模块
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图3－24 840D系统连接图
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图3－25 电源接线图
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3.4．国产数控系统
中国数控技术近20多年来经历了引进、消 化吸收、自主开发和产业化等阶段，现已 形成一批具有一定实力的本土数控系统生 产企业，比如华中数控、北京航天数控、 广州数控设备等公司。
F10、F11、F12 系列为多处理器系统，主 CPU 和 PLC 的 CPU 是 68000 。电路板使用专用 LSI 芯片，包括了 BAC （总线仲裁控制器）、系统支持单元（ SSU ）、IOC （输入输出控制器）、MB87103（位置控制芯片）、操作 面板控制器（OPC）、在系统中还采用了4M的大容量磁 泡存储器、AD和D／A从模块以及ATC（自动刀具交换装 置）和APC（自动托盘交换装置）控制用定位模块的应用， 使系统的性能比FS6有了很大的提高。系统有 RS-232、 RS-422 接口。
SINUMERIK 840D 是由数控及驱动单元 CCU （ Compact Control Unit ）或 NCU（ Numerical Control Unit ）、人机界面 MMC（ Man Machine Communication ）、可编程序控制器 PLC 模块三部分组成。
在集成系统时，总是将驱动单元 SIMODRIVE 611D 和数控单元（ CCU 或 NCU ）并排放在一 起，并用设备总线互相连接。
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3.3．西门子公司数控系统产品结构
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3.3.2．西门子数控系统技术特征
1．802S、802C系列数控系统 2．802D数控系统 3．810D／840D数控系统
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3.3.3．SIEMENS数控系统的I／O端口
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表3－1 电源模块电流、电压检查用接口插针表 检查插针 说 明
IR
IS
LI 相的电流值（ 50A / 1V ）
L2 相的电流值（ 50A / 1V )
+ 24V
+ 5V
＋24V 的控制电源电压
+ 5V 的控制电源电压
0V
OV 端
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3.2.5．主轴模块的连接
主轴模块型号：
SPM □ / □ □ ① ② ③ ④ ① 主轴模块（ Spindle am Pilfer module ）。 ② 电动机类型，“无” = α系列， C ＝ α C 系列。 ③ 额定输出功率。 ④ 输入电压 “无”= 200V , HV = 400V 。 FANUC 的 α 系列主轴模块主要分为 SPM、SPMC、 SPM－HV三种。 主轴电动机要的控制有两种接口：模拟（ 0 ~ 10VDC ） 和数值（ 串行传送 ）输出。模拟口需用其它公司的变频 器及电动机。
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3.2.4．伺服模块的连接
伺服模块型号表示如下： SVM □－□ / □ / □ □ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ① 伺服模块（ Servo amplifier module ）。 ② 轴数， 1－1轴伺服模块，2－2轴伺服模块，3－3轴伺 服模块。 ③ 第一轴最大电流。 ④ 第二轴最大电流。 ⑤ 第三轴最大电流。 ⑥ 输入电压，“无” = 200V , HV = 400V 。 例： SVM1－12 ，表示输入电压为 200V 、1 轴、最大电 流为 12A 的伺服模块。
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3.1.5．FANUC新一代NGC系列
FANUC的新一代NGC（NEXT GENERATION CONTROLLERS）数控系统（以下简称为NGC 系列）包括3个系列： 0i系列：高可靠性和高性能价格比的CNC，该系 列包括FS0i/0i Mate-MODEL C； 16i系列：适合于各种数控机床的高速、高精、 纳米CNC，该系列包括FS16i／18i／21i-MODEL B； 30i系列：适合于先进、复合、多轴、多通道、 纳米CNC，该系列包括 FS30i/31i/32i- MODEL A。
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伺服模块1
主轴模块
电源模块
控制单元模块
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3.2.2．控制单元的连接
控制单元包括一个塑料外壳，风扇，和 PCB 底板。空气由控制单元 底部进入，通过安装在顶部的风扇排出，保证空气的流动。 PCB 底 板，安装在机架的后面；在机架的左侧还有另一个连接器，这个连 接器是用来测试控制器，以及其他用途的连接。 系统控制单元有A 、B两种型号。A、B单元的选择是根据机床的需要 来确定的，一般A规格主要用于4轴之内的系统，B规格用于5轴以上 的系统。主PCB板与控制单元相同，也分为A、B两种规格，与控制 单元配合使用。 控制单元由两大部分组成，即左半边的主板和右半边的 I／O 板。主 板部分主要包括主 CPU、内存（系统软件、宏程序、梯形图、参数 等）、PMC 控制、I／O LINK 控制、伺服控制、主轴控制、内存卡 I／F 、LED 显示等。 I／O板部分主要包括电源PCB（内置）DC－DC 转换器、DI／DO、 阅读机／穿孔机 I／F 、MDI 控制、显示控制、手摇脉冲发生器控制 等。
我们以 FANUC 0i－A 数控系统为例学习其控制 单元、电源模块、伺服模块、显示单元、MDI 单元等硬件是如何进行连接的。一般地， FANUC 0i－A 数控系统与 FANUC 伺服电动机 α 系列和 β 系列相连。α系列主要用于驱动主轴、 伺服轴，而β系列主要用于换刀机械手和刀库的 驱动。 我们以 FANUC 0i－A 、 FANUC 伺服电动机α 系列和 FANUC 伺服电动机 β 系列为例，说明控 制单元、电源模块、主轴模块、伺服轴模块的各 个接口的定义与连接对象。
1．I／O接口板（PP72／48）
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2．通用PLC模块I／O接口
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（b）输入信号
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输出信号
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表3－2 S7信号模块位置地址对照表
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3.3.4．840D数控系统构成