典型数控系统简介

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数控系统(CNC系统)

参考资料：/%C5%C9%BF%CB652/blog/item/040742fc5ab3e50eb17e c577.html一、ＣＮＣ系统的基本构成ＣＮＣ系统是一种用计算机执行其存储器内的程序来实现部分或全部数控功能的数字控制系统。

由于采用了计算机，使许多过去难以实现的功能可以通过软件来实现，大大提高了ＣＮＣ系统的性能和可靠性。

ＣＮＣ系统的控制过程是根据输入的信息，进行数据处理、插补运算，获得理想的运动轨迹信息，然后输出到执行部件，加工出所需要的工件。

ＣＮＣ系统由硬件和软件组成，软件和硬件各有不同的特点。

软件设计灵活，适应性强，但处理速度慢；硬件处理速度快，但成本高。

ＣＮＣ的工作是在硬件的支持下，由软件来实现部分或大部分的数控功能。

二、ＣＮＣ系统的硬件结构ＣＮＣ系统的硬件结构可分为单微处理器结构和多微处理器结构两大类。

早期的ＣＮＣ系统和现有的一些经济型ＣＮＣ系统采用单微处理器结构。

随着ＣＮＣ系统功能的增加，机床切削速度的提高，单微处理器结构已不能满足要求，因此许多ＣＮＣ系统采用了多微处理器结构，以适应机床向高精度、高速度和智能化方向的发展，以及适应计算机网络化及形成ＦＭＳ和ＣＩＭＳ的更高要求，使ＣＮＣ系统向更高层次发展。

１．单微处理器结构图６－３ＣＮＣ系统硬件的组成框图所谓单微处理器结构，即采用一个微处理器来集中控制，分时处理ＣＮＣ系统的各个任务。

某些ＣＮＣ系统虽然采用了两个以上的微处理器，但能够控制系统总线的只是其中的一个微处理器，它占有总线资源，其他微处理器作为专用的智能部件，不能控制系统总线，也不能访问存储器，是一种主从结构，故也被归入单微处理器结构中。

单微处理器结构的ＣＮＣ系统由计算机部分（ＣＰＵ及存储器）、位置控制部分、数据输入／输出等各种接口及外围设备组成。

ＣＮＣ系统硬件的组成框图可参见图６－３。

（１）计算机部分计算机部分由微处理器ＣＰＵ及存储器（ＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ）等组成。

微处理器执行系统程序，首先读取加工程序，对加工程序段进行译码、预处理计算等，然后根据处理后得到的指令，对该加工程序段进行实时插补和对机床进行位置伺服控制；它还将辅助动作指令通过可编程控制器（ＰＬＣ）发给机床，同时接收由ＰＬＣ返回的机床各部分信息并予以处理，以决定下一步的操作。

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

FANUC 典型数控系统的结构

• REF：机床返回参考点（零点）
11
1
2009-04-15
最大40轴，最大同时24轴，
1
18I与180I的主要区别
• 180I是双CPU结构，带硬盘，装有 WINDOWS操作系统
• 是开放式CNC系统 • 具有较强的图形显示功能，可用C语言
等计算机软件编程，适宜开发用户OEM 操作界面。
1
FANUC系统参考使用手册
• 规格说明书 • 连接说明书（硬件） • 连接说明书（功能） • 操作说明书 • 维修说明书 • 参数说明书 • 有关伺服和主轴电机的规格、维修、参数说
[ E M O T E BUFFER
|数据服务器 1/ 0 L Il\1< 例服
E面 f轴riJJJ民波) 旦/ J二
|维护信息画面
|远程诊断 [ 伺服 i周试引导
|硬件结构
I H R V l
HRVl
I HRV3
HR V l
HRV
G08 Pl G05. Ql
G08 P1 G05. l Q l
• 对应CNC MDI 键盘上的一个功能键即有一个相应的显示画面：
• POS：位置显示画面 • PROG：程序画面 • OFFSET/SETTING：刀具偏置补偿
/SETTING 画面 • SYSTEM：参数，PMC，系统软硬件配置，
功能调试画面 • MESSAGE：报警，操作信息，履历画面 • GRAPH：刀具轨迹，工件形状的图形模拟
心铣床系列（M系列）
FAMUC 0I-C 硬件构成图示
1
0i与18i的控制轴数
• 0 i：1个控制轨迹 4轴，最大同时4轴，2个串行主轴或1个模拟主轴

典型数控系统介绍FANUC西门子广州数控华中数控

典型数控系统介绍（1）FANUC数控系统日本FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点，在我国市场的占有率远远超过其它的数控系统，主要体现在以下几个方面：①系统在设计中大量采用模块化结构。

这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性大大提高，而且便于维修、更换。

②具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。

其工作环境温度为0～45℃，相对湿度为75%。

③有较完善的保护措施。

FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。

④FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。

对于一般的机床来说，基本功能完全能满足使用要求。

⑤提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令。

这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。

⑥具有很强的DNC功能。

系统提供串行RS232通讯接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行，从而实现高速的DNC操作。

⑦提供丰富的维修报警和诊断功能。

FANUC维修手册为用户提供了大量的报警信息，并且以不同的类别进行分类。

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 D；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；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。

这三个系列的CNC数控系统是FANUC公司新近开发的数控系统。

涵盖低端到高端，并配合开发各种规格的高性能、高精度的旋转和直线移动的伺服电机(包括传感器)、伺服放大器，构成了完整的系列。

（2）SINUMERIK数控系统SINUMERIK数控系统是西门子集团旗下自动化与驱动集团的产品，目前在广泛使用的主要有802、810、840等几种类型。

数控机床的控制系统概述

第七章数控机床的控制系统概述学习目的：1．什么是数控技术、数控系统和数控机床，数控系统对机床的控制包括哪几方面？2．数控机床控制系统组成有哪些，他们的作用各是什么？3．数控机床的控制方式有几种，各有什么特点？4．数控机床的接口有几类，他们的接口规范是什么？第一节数控机床的控制系统一、数字控制技术简介1．数字控制技术数字控制（Numerical Control）技术，简称数控技术，是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行自动控制的一种方法。

数控技术不仅用于机床的控制，而且还用于其它设备的控制，产生了诸如数控绘图机、数控测量机等数控设备。

2．数控系统和数控机床用数字控制技术实现自动控制的系统称为数控系统。

数控系统中的控制信息是数字量，其硬件基础是数字逻辑电路。

最初数控系统是由数字逻辑电路构成的，所以也成为硬件数控系统。

现代数控系统采用存储程序的专用计算机或通用计算机来实现部分或全部基本数控功能，所以成为计算机数控系统（Comouter Numerical Control），简称CNC系统。

计算机数控系统是在硬件和软件共同作用下完成数控任务的，具有真正的“柔性”。

数控系统对机床的控制包括顺序控制和数字控制两个方面。

顺序控制是指对刀具交换、主轴调速、冷却液开关、工作台的极限位置等一类开关量的控制。

数字控制是指机床进给运动的控制，用于实现对工作台或刀架的位移、速度这一类数字量的控制。

数控系统与机床的有机结合称为数控机床，如数控车床、数控铣床、数控加工中心等。

数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电力拖动、自动控制、检测等技术为一体的自动化设备。

二、数控机床控制系统的组成序记载机床加工所需的各种信息，包括零件的加工轨迹、工艺信息及开关命令。

输入装置是将程序载体上的数控编码转换成相应的脉冲信息，传送并存入数控装置内。

输出装置显示输入的内容及数控工作状态等信息，监控数控系统的运行。

常用的输入/输出装置有光电阅读机、磁带录放机、磁盘驱动器、键盘和CRT显示器等。

第二章-典型数控系统介绍-张英杰

年代
1976 年
系统的种类
FS-5 、 FS-7 、 POWER MATE 系列、F200C， F330D FS-2 系列、FS-3 系列、 FS-6 系列、FS-9 系列 FS 10 系列、FS 11 系列、FS 12 系列 FS 0 系列 FS 15 系列 FS 16 系列 FS 18 系列 FS 20 系列 FS 21 系列 FS 16i 系列 FS 18i 系列 FS 21i 系列
FANUC 系统的发展历史
1987 年 1990 年 1991 年 1992 年 1993 年 1996 年
1998 年 2001 年 2003 年 2004 年
FS 15i 系列 FS 0i-A 系列 FS 0i-B 系列 FS 0i MATE- B 系列 FS 0i-C 系列 FS 0i MATE-C 系列 FS 30i/31i/32i 系列
典型数控系统简介
西安交通大学机械工程学院
张英杰 2013.5
典型数控系统介绍
1. FANUC数控系统 2. SIEMENS数控系统
3. FAGOR数控系统
4. 华中HNC-21T/MM数控系统
1. FANUC数控系统
FANUC数控系统功能完善，品种齐全，稳定可靠，性能价格比高，在机械制造领域拥有较大的市场份额。
2003年开发，是具有高可靠性，高性能价格比的CNC，和0i-A相比，0iB/0i mate-B 采用了FSSB（串行伺服总线）代替了PWM 指令电缆。
常见FANUC产品介绍
0i-C/0i mate-C 系列 2004年开发，是具有高可靠性，高性能价格比的 CNC，和0i-B/0i mate-B相比，其特点是CNC与液晶显示器构成一体，便于设定和调试。

数控技术第4章计算机数控系统(1)

位臵控制模块
6、可编程控制器（PLC）代替传统机床的继电器逻辑控制来实现各种开关量的控制。分为两类：一类是“内装型”PLC，为实现机床的顺序控制而专门设计制造的。另一类是“独立型”PLC，它是在技术规范、功能和参数上均可满足数控机床要求的独立部件。
三、多CPU结构适合多轴控制、高进给速度、高精度的机床。紧藕合：相同的操作系统松藕合：多重操作系统
控制各类轴运动的功能，用能控制的轴数和能同时控制的轴数来衡量。

准备功能：G指令功能，指定机床的运动方式。插补功能：包括软件粗插补和硬件精插补。进给功能：F指令功能。
切削进给速度(mm/min) 同步进给速度(mm/r) 快速进给速度进给倍率

主轴功能: 指令主轴转速 S指令功能，指定主轴转速(r/min, mm/min)。转速编码，恒切削速度切削，主轴定向准停辅助功能： M指令功能，指定主轴的起停转向（M03、M04）、冷却泵的通和断、刀库的起停等。刀具功能：T指令，选择刀具。字符和图形显示功能：显示程序、参数、补偿量，坐标位臵、故障信息等。自诊断功能：故障的诊断，查明故障类型及部位。
4、进给速度处理编程指令给出的刀具移动速度是在各坐标合成方向上的速度，进给速度处理要根据合成速度计算出各坐标方向的分速度。此外，还要对机床允许的最低速度和最高速度的限制进行判别处理，以及用软件对进给速度进行自动加减速处理。
5、插补计算插补就是通过插补程序在一条已知曲线的起点和终点之间进行“数据点的密化”工作。
三. CNC系统的工作过程

基本过程： CNC装臵的工作过程是在硬件的支持下，执行软件的过程。通过输入设备输入机床加工零件所需的各种数据信息，经过译码和运算处理（包括刀补、进给速度处理、插补），将每个坐标轴的移动分量送到其相应的驱动电路，经过转换、放大，驱动伺服电动机，带动坐标轴运动，同时进行实时位臵反馈控制，使每个坐标轴都能精确移动到指令所要求的位臵。

数控系统

数控系统是数字控制系统的简称，英文名称为（Numerical Control System），根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。

通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和开关量。

是数字控制系统简称，英文名称为Numerical Control System，早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（Hard NC），1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。

计算机数控（Computerized numerical control,简称CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。

CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。

CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。

CNC系统的核心是CNC装置。

由于使用了计算机，系统具有了软件功能，又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。

目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结构上都有各自的特点。

这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。

例如对点位控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。

对于T系统和M系统，同样也有很大的区别，前者适用于回转体零件加工，后者适合于异形非回转体的零件加工。

对于不同的生产厂家来说，基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响，在设计思想上也可能各有千秋。

例如，美国Dynapath系统采用小板结构，便于板子更换和灵活结合，而日本FANUC系统则趋向大板结构，使之有利于系统工作的可靠性，促使系统的平均无故障率不断提高。

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简单直线、网弧插补功能提高到曲面轮廓的直接控制，可实现高速、高效和高精度的复杂曲面加工。采用汉字用户界面，提供完善的在线帮助功能，具有三维仿真校验和加工过程图形动态跟踪功能，图形显示形象直观。
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7.1 华中数控系统
3．系统配套能力强公司具备了全套数控系统配套能力。系统可选配本公司
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7.1 华中数控系统
（4）“华中I型”数控系统的主要特色： 1)基于PC的CNC数控系统。 2)以其独特的软件技术在单CPU下实现了多通道16轴控制和9轴联动控制。 3)在计算机内不需增加硬件，用打印机实现机床数字控制。 4)加工轨迹三维图形显示的动态仿真。 5)支持DIN/ISO标准G代码，可一次性直接运行2GB以下的大型模具程序(G代码)。 6)双向螺距误差补偿功能。 7)内部二级电子齿轮。
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7.1 华中数控系统
4)反向间隙和双向螺距误差补偿功能，螺距补偿数据最多可达 5000点。
5)采用国际标准G代码编程，与各种流行的CAD/CAM自动编程系统兼容，具有直线、圆弧、螺旋线、固定循环、旋转、缩放、刀具补偿、宏程序等功能。
6)2MB Flash ROM(可扩至72MB)程序断电存储，16MB RAM(可扩至64M B)加工缓冲区。
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7.1 华中数控系统
7.1.3 华中数控系统的特点
1．以通用工控机为核心的开放式体系结构系统采用基于通用32位工业控制机和DOS平台的开放式
体系结构，可充分利用PC的软硬件资源，二次开发容易，易于系统维护和更新换代、可靠性好。
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7.1 华中数控系统
2．独创的曲面直接插补算法和先进的数控软件技术处于国际领先水平的曲面直接插补技术将目前CNC上的
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7.2 SIEMENS数控系统
（5）和SINUMERIK 802D相适配的数字式驱动装置为 SIMODRIVE 61lUE。进给轴采用1FK6系列交流伺服电动机，主轴采用1PH7系列交流异步电动机。根据电动机的功率大小，驱动装置选用所需的电源模块和功率模块。驱动装置中的控制模块为插入式闭环控制单元，带有 PROFIBUS接口，控制电动机的最高频率可达1400Hz。
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7.1 华中数控系统
7.1.2 典型华中数控系统
1．“华中I型”数控系统（1）“华中I型”数控系统的硬件 “华中I型”数控系统采用了32位工业通用微机，包括 CPU板、显示模板、机箱及电源等。系统配有电子盘用于存储系统程序，最大16M的零件程序存储器。“华中I型”数控系统硬件结构如图7-1所示。
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7.2 SIEMENS数控系统
2．SINUMERIK 802D数控系统 SINUMERIK 802D是数字式数控系统，将面板控制
单元(PCU)、键盘、机床控制面板(MCP)和通信集成在一个部件上，通过PROFIBUS总线与I／O模块PP72／48和驱动装置(SIM0DRIVE 611UE)相连，系统连接如图7-8 所示。
块化及规范化的结构，它将CNC和驱动控制集成在一块板子上，便于操作、编程和监控。
生产的交流永磁同步伺服驱动与伺服电动机、步进电动机驱动单元与电动机、三相正弦波混合式驱动器与步进电动机和国内外各类模拟式、数字式伺服驱动单元。
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7.2 SIEMENS数控系统
SIEMENS数控系统，以较好的稳定性和较优的性能价格比，在我国数控机床行业被广泛应用。图 7-5 所示为 SIEMENS 数控系统的产品类型，主要包括 802 、 8lO 、 840等系列。本节以SINUMERK 840D数控系统为例，介绍其组成及功能。
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7.1 华中数控系统
（2）“华中I型”数控系统的软件 “华中I型”数控系统在软件系统上实现了开放化和模块
化，形成了开放式的软件平台，如图7-2所示。
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7.1 华中数控系统
（3）“华中I型”数控系统适应的机床： HNC-1M铣床、加工中心数控系统 HNC-1T车床数控系统 HNC-1Y齿轮加工数控系统 HNC-lP数字化仿形加工数控系统 HNC-lL激光加工数控系统 HNC-1G五轴联动工具磨床数控系统 HNC-1P锻压、冲压加工数摔系统 HNC-1MM多功能小型铣床数控系统 HNC-1MT多功能小型车床数控系统 HNC-1S高速组缝机数控系统
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7.2 SIEMENS数控系统
1．SINUMERIK 802S数控系统 SINUMERIK 802S 采用32位微处理器(AM486DE2)、内装式PLC、分离式操作面板(OP020)和机床控制面板(MCP)，是适用于经济型数控机床的数控系统，如图7-6所示为 SINUMERIK802S数控系统组成。
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7.2 SIEMENS数控系统
SINUMERIK 802D为全数字数控系统，最多可控制四个数字进给轴和一个主轴。CNC通过PROFIBUS总线于 I/O模块和数字驱动模块相连接，主轴通过模拟接口控制。
SINUMERIK 802S/802C/802D采用SIMATIC S7-200PLC指令集对系统内部的PLC进行编程。
3．华中“世纪星”系列数控系统华中“世纪星”数控系统是在华中高性能数控系统的基
础上，为满足用户对低价格、高性能、实用、可靠的系统要求而开发的数控系统。华中“世纪星”系列数控系统产品如下：
HNC-21T车床系统
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7.1 华中数控系统
HNC-21/22M铣床系统 (1)华中“世纪星”数控系统的特点： 1)可配4个进给轴，具有数字量和模拟量接口，可自由选配各种数字式、模拟式交流伺服单元或步进电动机驱动单元。最大联动轴数为4轴。 2)内部已提供满足标准车、铣床控制的PLC程序，也可按要求自行编制PLC程序。 3)除标准机床控制面板外，配置40位输入和32位输出开关量接口、手摇脉冲发生器接口、模拟主轴接口。还可扩展 RS485远程输入/输出接口。
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7.2 SIEMENS数控系统
SINUMERIK802S可控制2～3个进给轴和一个主轴，输出进给脉冲和方向信号至步进驱动器，并有一个 -10 ～ +10V的接口，用于连接主轴驱动。通过RS-232C接口与编程器或微机相连，系统软件存储在 ECU 的 FlashEPROM(闪存)中，需支持电源。PLC模块带16点数字输入和16点数字输出，额电电压为直流24V，输出最大负载电流0．5A。 DI／O模块通过总线插头直接连接到 CNC模块(ECU)上，输入、输出点数可根据需要增加DI/O 模块(最大4个)，可扩展到64点输入和64点输出。
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7.1 华中数控系统
8)具有加工断点保护和恢复功能。 9)具有参考点返回和多个工作坐标系设置与选择功能(G54～G59)。
10)具有刀具长度和刀具半径补偿功能。 11)汉字操作界面和在线功能。 12)支持NT、Novell、Internet网络和软、硬盘数据交换。 13)具有CAD/CAM/CNC一体化集成化功能。 14)接触式或非接触式数字化仿形扩展功能。 15)运动控制开发工具包(C++运动插补函数库)。 16)提供INTELCAM自动编程软件。 17)可根据用户要求，配接步进电动机和交流伺服电动机。
（6）1FK6系列交流伺服电动机是三相交流永磁同步电动机，带有内装增量式或绝对式光电编码器。1PH7系列交流主轴电动机是4极笼型感应电动机，内装有用于检测电动机转速和转子位置的编码器。
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7.2 SIEMENS数控系统
7.2.2SINUMERIK 840D系列数控系统
1．840D系统的主要功能与特点 SINUMERK 840D是全数字化数控系统，具有高度模
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7.2 SIEMENS数控系统
操作面板(OP020)采用液晶显示屏幕，可独立安装在便于操作的位置上，操作面板和ECU之间由专门的电缆连接起来。机床控制面板(MCP)可以和操作面板(OP020)安装在一起，也可以独立安装，它们之间由专门的电缆相连接， MCP上有六个自由定义键，用户可根据需要设定机床功能。图7-7所示为SINUMERIK802S连接图。
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7.1 华中数控系统
HNC-2000M铣床、加工中心数控系统 HNC-2000T车床数控系统 HNC-2000Y齿轮加工数控系统 HNC-2000P数字化仿形加工数控系统 HNC-2000L激光加工数控系统 HNC-2000G五轴联动工具磨床数控系统
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7.1 华中数控系统
7)可扩展数控仿型功能，实现仿型/加工一体化。 (2)华中世纪星数控单元技术规格见表7—1。
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7.1 华中数控系统
(3) 华中世纪星数控单元的外部接口华中世纪星数控单元外部接口如图7-3所示，数控设备之间的连接如图7-4所示。其中进给单元接口采用X30～X33和X40～X43中的一组，也可以进行自由组合，同时控制不同类型的伺服单元或步进单元。由于华中数控多年来一直坚持走PC数控的技术路线，在技术上已具有国内领先地位，在国际上也属起步较早企业。因此，华中I型数控系统成为既具有国际先进水平又有我国技术特色的数控产品。
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7.1 华中数控系统
2．华中-2000型高性能数控系统华中-2000型数控系统(HNC-2000)是在华中I型
(HNC-1)高性能数控系统的基础上开发的高档数控系统。该系统采用通用工业PC机、TFT真彩色液晶显示器，具有多轴多通道控制能力和内装式PLC，可与多种伺服驱动单元配套使用。是适合中国国情的新一代高性能、高档数控系统。华中-2000型数控系统产品如下：