数控机床电气控制课件情境6数控车床数控系统电路的分析、安装61.ppt

1、数控车床数控系统电路分数控车床数控系统电路分析、安装（析、安装（2 2课时）课时）项目名称项目名称:一、提出任务一、提出任务/知识储备知识储备 本项目的任务是数控车床数控系统控制电路的本项目的任务是数控车床数控系统控制电路的分析、安装。分析、安装。提出任务提出任务 1.CNC1.CNC装置的构成装置的构成 CNCCNC装置由硬件和软件两大部分组成。装置由硬件和软件两大部分组成。知识储备知识储备（1)1)单微处理器结构单微处理器结构2.2.CNC装置的硬件结构装置的硬件结构 单微处理器结构的单微处理器结构的CNC装置，由于只有一个微装置，由于只有一个微处理器，因此多采用集中控制，分时处理的方式完

2、成处理器，因此多采用集中控制，分时处理的方式完成数控的各项任务。数控的各项任务。单微处理器结构的单微处理器结构的CNC装置分为专用型装置分为专用型CNC装置装置和通用型和通用型CNC装置。专用型装置。专用型CNC装置的硬件是由制造装置的硬件是由制造厂专门设计和制造的，因此不具有通用性。通用型厂专门设计和制造的，因此不具有通用性。通用型CNC装置指的是采用工业标准计算机（如工业装置指的是采用工业标准计算机（如工业PC机）机）构成的构成的CNC装置。装置。微处理器微处理器CPUCPU由运算器及控制器两大部分组成。由运算器及控制器两大部分组成。运算器对数据进行算术运算和逻辑运算，控制器则运算器对数据

3、进行算术运算和逻辑运算，控制器则是将存储器中的程序指令进行译码，并向是将存储器中的程序指令进行译码，并向CNCCNC装置各装置各部分顺序发出执行操作的控制信号，并且接收执行部分顺序发出执行操作的控制信号，并且接收执行部件的反馈信息，从而决定下一步的命令操作。部件的反馈信息，从而决定下一步的命令操作。总线是总线是CPUCPU与各组成部件、接口等之间的信息公与各组成部件、接口等之间的信息公共传输线。总线由地址总线、数据总线和控制总线共传输线。总线由地址总线、数据总线和控制总线三总线组成。三总线组成。1）微处理器和总线）微处理器和总线 CNCCNC装置的存储器包括只读存储器（装置的存储器包括只读存储

4、器（ROMROM）和随）和随机存储器（机存储器（RAMRAM）两类。）两类。CNCCNC装置的系统程序存放在只读存储器装置的系统程序存放在只读存储器EPROMEPROM之之中。零件加工程序、机床参数、刀具参数等存放在中。零件加工程序、机床参数、刀具参数等存放在有后备电池的有后备电池的 RAMRAM中，断电后，信息仍被保留。数中，断电后，信息仍被保留。数控中各种运算的中间结果，需显示的信息、数据，控中各种运算的中间结果，需显示的信息、数据，运行中的状态，标志信息等均放在随机存储器运行中的状态，标志信息等均放在随机存储器RAMRAM中，中，它可以随时读出和写入，断电后，信息就消失。它可以随时读出和

5、写入，断电后，信息就消失。2）存储器）存储器 它主要用来控制数控机床各进给坐标轴的位移它主要用来控制数控机床各进给坐标轴的位移量，需要随时把插补运算所得的各坐标位移指令与实量，需要随时把插补运算所得的各坐标位移指令与实际检测的位置反馈信号进行比较，并结合有关补偿参际检测的位置反馈信号进行比较，并结合有关补偿参数，适时地向各坐标伺服驱动控制单元发出位置进给数，适时地向各坐标伺服驱动控制单元发出位置进给指令，使伺服控制单元驱动伺服电动机运转。位置控指令，使伺服控制单元驱动伺服电动机运转。位置控制是一种同时具有位置控制和速度控制两种功能的反制是一种同时具有位置控制和速度控制两种功能的反馈控制系统。馈

6、控制系统。3）位置控制器位置控制器 4）PLC PLC是用来代替传统机床强电的继电器逻辑控制，是用来代替传统机床强电的继电器逻辑控制，利用利用PLC的逻辑运算功能实现各种开关量的控制。的逻辑运算功能实现各种开关量的控制。5）MDI/CRT接口接口 MDI接口即手动数据输入接口，数据通过操作面接口即手动数据输入接口，数据通过操作面板上的键盘输入。板上的键盘输入。CRT接口是在接口是在CNC软件配合下，在软件配合下，在显示器上实现字符和图型显示。近年来已开始出现平显示器上实现字符和图型显示。近年来已开始出现平板式液晶显示器（板式液晶显示器（LCD）。）。6）I/O接口接口 CNC装置与机床之间的来

7、往信号通过装置与机床之间的来往信号通过I/O接口接口电路来传送。电路来传送。7）通信接口）通信接口 该接口用来与外设进行信息传输，如上一级计该接口用来与外设进行信息传输，如上一级计算机、其他算机、其他CNC等。等。（2）多微处理器结构多微处理器结构 多微处理器多微处理器CNCCNC装置多采用模块化结构，每个微装置多采用模块化结构，每个微处理器分管各自的任务，形成特定的功能单元。处理器分管各自的任务，形成特定的功能单元。多微处理器多微处理器CNCCNC装置一般采用紧耦合结构（有集装置一般采用紧耦合结构（有集中的操作系统，共享资源）和松耦合结构（有多重操中的操作系统，共享资源）和松耦合结构（有多重

8、操作系统，可以有效地实现并行处理）。作系统，可以有效地实现并行处理）。多微处理器多微处理器CNCCNC装置具有良好的适应性和扩展装置具有良好的适应性和扩展性，且结构紧凑，可使故障对系统的影响降到最低限性，且结构紧凑，可使故障对系统的影响降到最低限度，其运算速度有了很大的提高，因此更适合于多轴度，其运算速度有了很大的提高，因此更适合于多轴控制、高进给速度、高精度、高效率的数控要求。控制、高进给速度、高精度、高效率的数控要求。3.标准型数控系统的软件结构标准型数控系统的软件结构（1）软件结构特点软件结构特点1）多任务并行处理）多任务并行处理uCNC系统的多任务性系统的多任务性 在许多情况下，在许多

9、情况下，管理和控制的某些工作必须同管理和控制的某些工作必须同时进行。在单时进行。在单CPU数控系统中，其软件结构采用前数控系统中，其软件结构采用前后台型和中断型的软件结构；而在多后台型和中断型的软件结构；而在多CPU数控系统数控系统中，通常是各个中，通常是各个CPU分别承担一项任务，然后通过分别承担一项任务，然后通过它们之间相互通信、协调工作来完成控制。它们之间相互通信、协调工作来完成控制。uCNC系统的多任务并行处理系统的多任务并行处理 并行处理是指计算机在同一时刻完成两种或两并行处理是指计算机在同一时刻完成两种或两种以上性质相同或不相同的工作。种以上性质相同或不相同的工作。2）实时中断处理

10、）实时中断处理 u前、后台软件结构的中断模式前、后台软件结构的中断模式 前台程序是一个实时中断服务程序，它完成全部前台程序是一个实时中断服务程序，它完成全部的实时功能，如插补、位置控制等；而后台程序即背的实时功能，如插补、位置控制等；而后台程序即背景程序，其实质是一个循环运行程序，它完成管理及景程序，其实质是一个循环运行程序，它完成管理及插补准备等功能。插补准备等功能。u中断型软件结构的中断模式中断型软件结构的中断模式 除了初始化程序之外，系统软件中所有任务模块除了初始化程序之外，系统软件中所有任务模块均被安排在不同级别的中断服务程序中。均被安排在不同级别的中断服务程序中。（2 2）CNCCN

11、C系统软件的工作过程系统软件的工作过程1）输入。）输入。CNC系统中的零件加工程序，一般是通过键系统中的零件加工程序，一般是通过键盘、磁盘或纸带阅读机等方式输入的。盘、磁盘或纸带阅读机等方式输入的。2 2）译码。译码就是将输入的零件程序翻译成本系统所）译码。译码就是将输入的零件程序翻译成本系统所能识别的语言。能识别的语言。3 3）数据处理。数据处理即预计算，通常包括刀具长度）数据处理。数据处理即预计算，通常包括刀具长度补偿、刀具半径补偿、反向间隙补偿、丝杠螺距补偿、补偿、刀具半径补偿、反向间隙补偿、丝杠螺距补偿、进给速度换算和机床辅助功能处理等。进给速度换算和机床辅助功能处理等。4）插补运算。

12、在实际的）插补运算。在实际的CNC系统中，常采用软件粗插系统中，常采用软件粗插补，硬件精插补。补，硬件精插补。5）位置控制。将插补计算的指令位置与实际反馈位置）位置控制。将插补计算的指令位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制伺服电动机。相比较，用其差值去控制伺服电动机。6）输出。完成伺服控制，反向间隙、丝杠螺距补偿处）输出。完成伺服控制，反向间隙、丝杠螺距补偿处理及理及M、S、T辅助功能，还完成辅助功能，还完成CNC与与PLC之间的之间的I/O信号处理。信号处理。7）管理与诊断）管理与诊断。主要包括。主要包括CPU管理与外设管理。管理与外设管理。二、分析控制过程二、分析控制过程控制过程的具体

13、化和细化控制过程的具体化和细化 单元单元核核心心主轴主轴伺服伺服 机床机床I/OI/O接口接口 MDIMDI单元单元电源电源数数控控系系统统转速转速设定设定高速高速串行串行信号信号机床侧信号机床侧信号MDIMDI面板面板信号信号DC24VDC24V位置位置检测检测手摇脉冲发生手摇脉冲发生器器三、分析电气原理图三、分析电气原理图三、分析电气原理图三、分析电气原理图lW1-A1为为CNC装置。装置。l COP10A端口连接伺服放大器。端口连接伺服放大器。lJA40端口为变频器主轴转速的设定，端口为变频器主轴转速的设定，JD7A端口连端口连接主轴位置编码器。接主轴位置编码器。lCA55端口连接端口连

14、接MDI单元。单元。lJD1A为为I/O Link端口，机床端口，机床I/O接口连接手摇脉冲接口连接手摇脉冲发生器及强电柜。发生器及强电柜。l CNC与机床与机床I/O接口需要接口需要DC24V电源。电源。四、安装四、安装1 1）认知数控系统，了解其组成，仔细观察数控实验）认知数控系统，了解其组成，仔细观察数控实验台或数控车床上数控系统的安装方式。台或数控车床上数控系统的安装方式。安装数控系统时，注意安装环境、电源及接地等事项。安装数控系统时，注意安装环境、电源及接地等事项。v控制单元的顶部与底部都要有一定的空间，保证空控制单元的顶部与底部都要有一定的空间，保证空气的流动。气的流动。v电平电平

15、4.5V4.5V以下的信号线应采用屏蔽电缆，屏蔽电缆以下的信号线应采用屏蔽电缆，屏蔽电缆要接地。要接地。vFANUCFANUC系统、伺服和主轴控制单元及电动机的外壳系统、伺服和主轴控制单元及电动机的外壳都要求接大地。都要求接大地。v应当注意控制单元的电源连接、直流电源的规格、应当注意控制单元的电源连接、直流电源的规格、电缆的选用以及系统中的后备电池的准备。电缆的选用以及系统中的后备电池的准备。2 2）观察数控实验台或数控车床的数控系统与外围设）观察数控实验台或数控车床的数控系统与外围设备的连接方式，画出数控系统线路图。备的连接方式，画出数控系统线路图。注意观察数控实验台或数控车床的数控系统与伺

16、注意观察数控实验台或数控车床的数控系统与伺服单元、主轴电源、服单元、主轴电源、MDIMDI单元、机床单元、机床I/OI/O接口、手摇脉接口、手摇脉冲发生器等外围设备的连接。冲发生器等外围设备的连接。3）根据数控实验台或数控车床通电、断电的顺序操）根据数控实验台或数控车床通电、断电的顺序操作数控设备。作数控设备。FANUC 0i系统按如下顺序接通各单元的电源系统按如下顺序接通各单元的电源或全部同时接通。按相反的顺序或全部同时断电。或全部同时接通。按相反的顺序或全部同时断电。v机床的电源（机床的电源（220V）。）。v伺服放大器的控制电源（伺服放大器的控制电源（200V）。）。vI/O Link连接的从属连接的从属I/O设备，显示器电源（设备，显示器电源（24V DC）；）；CNC控制单元的电源。控制单元的电源。五、检查五、检查评价指标：评价指标：v系统安装正确性系统安装正确性 v线路图的绘制合理性线路图的绘制合理性v通电、断电操作正确性通电、断电操作正确性 六、总结六、总结小组代表总结：小组代表总结：l电气控制原理图分析的思路电气控制原理图分析的思路l安装过程（问题，方法）安装过程（问题，方法）l对照评价指标自查对照评价指标自查六、总结六、总结v 学习的成果学习的成果v 教学效果教学效果v 建议建议