1、第二第二讲讲新指令新功能新指令新功能 哈尔滨工业大学机电学院哈尔滨工业大学机电学院数控技术研究室数控技术研究室 2012年年4月月15日日第二讲第二讲 新指令新功能新指令新功能2.1 FANUC 系统新功能系统新功能2.1.1 控制轴控制轴 1 1、控制轨迹数、控制轨迹数（Controlled Path）相当于西门子的通道 CNC控制的进给伺服轴（进给）的组数。加工时每组形成一条 刀具轨迹，各组可单独运动，也可同时协调运动。2 2、控制轴数、控制轴数（Controlled Axes）CNC控制的进给伺服轴总数/每一轨迹。3 3、联动控制轴数、联动控制轴数（Simultaneously Cont
2、rolled Axes）每一轨迹同时插补的进给伺服轴数。4 4、PMCPMC控制轴控制轴（Axis control by PMC）由PMC（可编程机床控制器）控制的进给伺服轴。控制指令编 在 PMC的程序（梯形图）中，因此修改不便，故这种方法通 常只用于移动量固定的进给轴控制。2.1.2 主轴功能主轴功能 1、CfCf轴控制轴控制（Cf Axis Control）（T系列）车床系统中，主轴的 回转位置（转角）控制和其它进给轴一样由进给伺服电动机实现 该轴与其它进给轴联动进行插补，加工任意曲线。2 2、CsCs轮廓控制轮廓控制（Cs contouring control）（T系列）车床系统 中，
3、主轴的回转位置（转角）控制不是用进给伺服电动机而由 FANUC主轴电动机实现。主轴的位置（角度）由装于主轴（不 是主轴电动机）上的高分辨率编码器检测Cf:进给伺服电机实现位置控制进给伺服电机实现位置控制Cs:主轴伺服电机实现位置控制主轴伺服电机实现位置控制 使用高分辨率的磁性编码使用高分辨率的磁性编码 器用器用0.001度的分辨率检度的分辨率检 测主轴位置可使主轴实现测主轴位置可使主轴实现 高精度定位及轮廓控制高精度定位及轮廓控制此时主轴是作为进给伺服轴工作，运动速度为：度/分，并可与其它进给轴一起插补，加工出轮廓曲线。圆柱插补指令：圆柱插补指令：G07.1 G07.1 IP r 为启动圆柱插
4、补方式，G07.1 IP 0 为撤销圆柱插补方式 其中IP为回转轴地址，r为圆柱体半径。圆柱插补是把二个直线轴的笛卡尔坐标系，转化为车床横轴为回转轴（C）、纵轴为直线轴（Z）的坐标系。该坐标系可用于圆柱体的展开面编程。通常用于车床上加工圆柱凸轮槽等零件，如图所示。C轴Z轴 主轴同步控制功能主轴同步控制功能3.多边形车削：多边形车削：G51.2(G251)建立建立 G50.1(G250)取消取消4.假想轴插补：假想轴插补：G07G07 0;假想轴插补设置假想轴插补设置G07 1;假想轴插补取消假想轴插补取消5.圆锥插补：圆锥插补：G90 G02 X Y Z I J K Q L FX Y Z:圆锥
5、终点坐标圆锥终点坐标I J:圆锥起点坐标圆锥起点坐标Q:半径增减值半径增减值K:高度增减值高度增减值L:次数次数2.1.3 圆弧插补的扩展：圆弧插补的扩展：1.1.渐开线插补渐开线插补 G02.2,G03.2G17G02.2X_Y_I_J_R_F_2.2.指数插补指数插补：G02.3,G03.3G02.3X_Y_Z_i_j_K_R_F_Q_G02.3X_Y_Z_I_J_K_R_F_Q_;正转正转=0=0G03.3X_Y_Z_I_J_K_R_F_Q_;反转反转=1=1X X直线轴直线轴A A旋转轴旋转轴X XA AI IJ JAr r3.三维圆弧插补：三维圆弧插补：G02.4,G03.4 G02
6、.4 XX1 YY1 ZZ11 11；XX2 YY2 ZZ12 22；，：除了三维圆弧插补轴以外的任意二个轴除了三维圆弧插补轴以外的任意二个轴结束点：X2,Y2,Z2开始点中间点：X1,Y1,Z1X XY YZ Z4.4.圆弧螺纹插补：圆弧螺纹插补：2.1.4 高速高精密加工功能高速高精密加工功能1.高精度轮廓控制模式、高速循环加工：高精度轮廓控制模式、高速循环加工：G05 AI高精度轮廓控制高精度轮廓控制/AI纳米高精度轮廓控制纳米高精度轮廓控制 G05 P10000；AI纳米高精度轮廓控制运行开始纳米高精度轮廓控制运行开始 G05 P0；AI纳米高精度轮廓控制运行关断纳米高精度轮廓控制运行
7、关断远程缓冲远程缓冲A、B高速加工高速加工 G05 P01；高速加工开始高速加工开始 G05 P00；高速加工结束高速加工结束高速线性插补高速线性插补 G05 P2；高速线性插补开始高速线性插补开始 G05 P0；高速线性插补结束高速线性插补结束高速循环加工高速循环加工G05 P10 L；高速循环加工高速循环加工G05.1 Q0；平滑插补方式结束；平滑插补方式结束 2.光顺插补（平滑插补）光顺插补（平滑插补）G05.1 Q2 X0Y0Z0;平滑插补方式开始平滑插补方式开始（G01,G02,G03,M代码等指令）代码等指令）10m放大放大光顺插补（平滑插补）光顺插补（平滑插补）G05.1 Q2
8、X0Y0Z0;光顺插补光顺插补(平滑插补平滑插补)插补模式开始插补模式开始N1 G01N2N3G05.1 Q0;光顺光顺(平滑平滑)插补模式取消插补模式取消以平滑曲线进行插补以平滑曲线进行插补以平滑曲线进行插补以平滑曲线进行插补直线插补直线插补G05.1 Q2 X0Y0Z0;光顺插补光顺插补(平滑插补平滑插补)插补模式开始插补模式开始N1 G01N2N3G05.1 Q0;光顺插补模式取消光顺插补模式取消光顺插补（平滑插补）光顺插补（平滑插补）线性插补线性插补 雕刻曲面（自由曲面），如汽车、飞机等用的模具雕刻曲面（自由曲面），如汽车、飞机等用的模具零件加工，通常将该曲面以微小直线段程序近似的指定
9、，零件加工，通常将该曲面以微小直线段程序近似的指定，以以10m左右的容差近似。左右的容差近似。可以对二种类型加工进行平滑：可以对二种类型加工进行平滑：对于形状精度要求高的点（如拐角部分），这些点对于形状精度要求高的点（如拐角部分），这些点严格按程序指令加工的。严格按程序指令加工的。对于曲率半径大但是要求极平滑的形状，这些点是对于曲率半径大但是要求极平滑的形状，这些点是根据程序指令的折线计算，然后，沿加工轨迹由曲线的根据程序指令的折线计算，然后，沿加工轨迹由曲线的平滑插补加工出来平滑插补加工出来.由此可实现高速高精加工。由此可实现高速高精加工。3.纳米平滑（光顺插补）加工纳米平滑（光顺插补）加工
10、 纳米平滑加工是在加工自由曲面形状时，纳米平滑加工是在加工自由曲面形状时，CNC依据依据编制的近似自由曲线的微小折线段加工程序，对编程形编制的近似自由曲线的微小折线段加工程序，对编程形状进行判断，平滑插补，生成光顺曲线。状进行判断，平滑插补，生成光顺曲线。O0010G43.4 H1 P0;G5.1 Q3 X0 Y0 Z0 B0 C0;纳米平滑纳米平滑 G5.1 Q0;G49;M30;刀具中心刀具中心点控制点控制纳米平滑（插补）加工纳米平滑（插补）加工 通常采用以通常采用以10m 左右容差用微小直线段近似地编制自左右容差用微小直线段近似地编制自由曲面形状的程序。纳米光顺加工是依据近似地微小直线由
11、曲面形状的程序。纳米光顺加工是依据近似地微小直线段程序，创建多个内插点。另外，由段程序，创建多个内插点。另外，由CNC预读多个程序段，预读多个程序段，可以从多段内插点中推测出期望（近似自由曲面）的光顺可以从多段内插点中推测出期望（近似自由曲面）的光顺曲线。曲线。编程点编程点内插点内插点经过补偿的内插点经过补偿的内插点推测出来的形状推测出来的形状容差容差 G05.1 Q1;AI轮廓控制模式开始轮廓控制模式开始 G05.1 Q0;AI轮廓控制模式取消轮廓控制模式取消 G05.1 Q1;用了用了RISC处理器处理器:AI纳米轮廓控制模式开始纳米轮廓控制模式开始 G05.1 Q0;用了用了RISC处理
12、器处理器:AI纳米轮廓控制模式取消纳米轮廓控制模式取消 G05.1 P10000;AI高精度轮廓控制高精度轮廓控制/AI纳米高精度轮纳米高精度轮 廓控制模式开始廓控制模式开始 G05.1 P0;AI高精度轮廓控制高精度轮廓控制/AI纳米高精度轮纳米高精度轮 廓控制模式取消廓控制模式取消AI超前预览控制超前预览控制对于对于21iM，都使，都使用用RISC4.4.先行控制先行控制(高精度轮廓加工高精度轮廓加工/高速精确加工高速精确加工)：G08G08,高性能速度检测,600个程序段多缓冲功能5.非均匀有理非均匀有理B样条插补样条插补NURBS：G06.2G05 P10000;G06.2 P_ K_
13、X_Y_Z_R_F_;K_X_Y_Z_R_;K_X_Y_Z_R_;K_X_Y_Z_R_;K_X_Y_Z_R_;K_;K_;G01G05 P0（3）前馈控制（4）速度加快，加/减速滞后小、伺服滞后小2.1.5 空间刀具长度、半径补偿功能空间刀具长度、半径补偿功能1.三维刀轴方向长度补偿三维刀轴方向长度补偿 G43.1Hn;G49;2.三维刀轴中心点控制三维刀轴中心点控制（类型（类型）G43.4 H ;G49;3.三维刀轴中心点控制三维刀轴中心点控制（类型（类型）G43.5 I J K H Q ;G49;4.刀具法线方向控制刀具法线方向控制 G41.1、G42.1、G40.1；5.刀具侧刃补偿刀具
14、侧刃补偿 G41.2、G42.2、G40.2；6.刀具主刃补偿刀具主刃补偿 G41.3、G42.3、G40.3；7.回转工作台加工刀具中心点控制回转工作台加工刀具中心点控制 G41.4；8.混合型加工刀具中心点控制混合型加工刀具中心点控制 G41.5；9.三维刀轴半径补偿三维刀轴半径补偿 G41 Xp Yp Zp I J K D_ ;G40;10.砂轮磨损补偿砂轮磨损补偿 G41 P1;G41 Pn、D0、D40;G41 P2;G41 P3;2.1.6高精度化切削高精度化切削1.全闭环系统；全闭环系统；2.双位置反馈控制；双位置反馈控制；3.存储型螺距误差补偿；存储型螺距误差补偿；4.斜度补偿
15、；斜度补偿；5.平直度补偿；平直度补偿；6.快速和切削进给分别进行反向间隙补偿；快速和切削进给分别进行反向间隙补偿；7.防止爬行行功能；防止爬行行功能；8.反向间隙加速功能；反向间隙加速功能；9.摩擦扭矩补偿；摩擦扭矩补偿；10.前馈功能；前馈功能；11.用圆弧半径限制速度；用圆弧半径限制速度；12.先行控制；先行控制；13.伺服伺服HRV；14.主轴主轴HRV；2.1.7高响应矢量控制高响应矢量控制11.总图总图HRV-High Response Vector速度环比例项高速处理功能，达到高增益；消振滤波器；精细加/减速、增益功能；预读、前馈功能，提高跟踪性能；位置增益功能，伺服与指令延迟小
16、；高精度电流检测，减小电流环控制延迟。好处：减小死区电流，发热少；低速、中速扭矩特性改善；高速区电流延迟减小。2.3.2.1.8 操作功能操作功能1.手动任意角度进给；手动任意角度进给；2.沿原路径回退功能；沿原路径回退功能；3.三维手动进给；三维手动进给；4.手动同步进手动同步进/手动每转进给；手动每转进给；5.手摇轮中断；返回浮动参考点；手摇轮中断；返回浮动参考点；6.螺纹切削回退。螺纹切削回退。2.2 数控新设备及结构技术数控新设备及结构技术 为适应数数控技术的发展，机械结构也发生了很大的变化。为为适应数数控技术的发展，机械结构也发生了很大的变化。为缩小体积，减少占地面积，更多地采用缩小
17、体积，减少占地面积，更多地采用机电一体化结构机电一体化结构。为了提高。为了提高自动化程度，而采用自动交换刀具，自动交换工件，主轴立、卧自自动化程度，而采用自动交换刀具，自动交换工件，主轴立、卧自动转换，工作台立、卧自动转换，主轴带动转换，工作台立、卧自动转换，主轴带C C轴控制，万能回转铣头，轴控制，万能回转铣头，以及以及“数控夹盘数控夹盘”，“数控回转工作台数控回转工作台”，“动力刀架动力刀架”和和“数控数控夹具夹具”等。等。为了提高数控机床的动态特性，伺服系统和主机进行很好的机为了提高数控机床的动态特性，伺服系统和主机进行很好的机电匹配。同时主机也借助计算机进行模块化、优化设计。电匹配。同
18、时主机也借助计算机进行模块化、优化设计。2.2.1 设计思想的发展设计思想的发展 机床是工作母机，机床制造必须连续不断的开发新思想，满足机床是工作母机，机床制造必须连续不断的开发新思想，满足用户对产品制造质量和效率日益提高地要求。单纯用户对产品制造质量和效率日益提高地要求。单纯优化现有工艺优化现有工艺和和一再一再提高机床的功率提高机床的功率是远远不够的。是远远不够的。在新的驱动技术和运动学领域的新开发、轻型化的新材料、环在新的驱动技术和运动学领域的新开发、轻型化的新材料、环保生产、机床安全、精度和测试技术、微型制造和微型装卸技术等保生产、机床安全、精度和测试技术、微型制造和微型装卸技术等方面的
19、研究值得注意。方面的研究值得注意。机床的运动分配和运动设计已经打破传统的金切机床分类机床的运动分配和运动设计已经打破传统的金切机床分类:不管是工件旋转还是刀具旋转为主运动，只要工件和刀具之间有相不管是工件旋转还是刀具旋转为主运动，只要工件和刀具之间有相 对运动就行，并要求这种布置为最佳。对运动就行，并要求这种布置为最佳。机床的动力头在同一台机床上有时作传统意义上的主轴使用，有时机床的动力头在同一台机床上有时作传统意义上的主轴使用，有时 又作动力刀具的旋转轴使用。又作动力刀具的旋转轴使用。在同一次装夹的情况下，上一工步工件旋转作为主运动，下一步则在同一次装夹的情况下，上一工步工件旋转作为主运动，
20、下一步则 是工件的进给运动。以是工件的进给运动。以“完全加工完全加工”的理念进行工序复合和功能复合。的理念进行工序复合和功能复合。2.2.2 机床功能部件机床功能部件 1.电主轴；电主轴；驱动、轴承、润滑、冷却、本体（动平衡、减轻重量）。驱动、轴承、润滑、冷却、本体（动平衡、减轻重量）。电机：交流同步（额定转速下，横扭矩）、交流异步（高电机：交流同步（额定转速下，横扭矩）、交流异步（高 速性好）速性好）2.直接驱动：旋转直接驱动直接驱动：旋转直接驱动、直线直接驱动；、直线直接驱动；旋转直接驱动：力距电机，低速大扭矩。旋转直接驱动：力距电机，低速大扭矩。直线直接驱动：直线电机，已解决漏磁和发热问
21、题。加速直线直接驱动：直线电机，已解决漏磁和发热问题。加速 度可达度可达3个个g 3.滚动部件：滚珠丝杠副、直线滚动导轨；滚动部件：滚珠丝杠副、直线滚动导轨；精密自润滑滚珠丝杠，加速度可达精密自润滑滚珠丝杠，加速度可达2g2g。4.4.数控刀架；数控刀架；数控刀架形式多样（德国，意大利）数控刀架形式多样（德国，意大利）刀架的控制和驱刀架的控制和驱 动采用伺服电机或液压系统动采用伺服电机或液压系统 ，回转，回转180180的时间已缩短的时间已缩短 到到0.5s0.5s。刀架品种繁多，可以为各种数控车床、车削加。刀架品种繁多，可以为各种数控车床、车削加 工中心配套。工中心配套。5.5.铣头；铣头；
22、为数控铣床、加工中心、车铣中心等配套的各式各样铣为数控铣床、加工中心、车铣中心等配套的各式各样铣 头。车铣中心用的头。车铣中心用的B轴铣头，可在轴铣头，可在210角度范围内摆动角度范围内摆动 进行高精度铣切加工；数控铣床、加工中心用的二坐标进行高精度铣切加工；数控铣床、加工中心用的二坐标 铣头能铣头能A、B轴（立、卧二用）摆角，可加工任意空间面。轴（立、卧二用）摆角，可加工任意空间面。6.6.数控转台；数控转台；已有了二坐标数控转台，具有连续分度和鼠牙盘分度二已有了二坐标数控转台，具有连续分度和鼠牙盘分度二 种形式。它具有双耳轴，平台能倾转，转台上配备交换种形式。它具有双耳轴，平台能倾转，转台
23、上配备交换 工作台接收装置。工作台接收装置。7.7.刀库；刀库；刀库容量增大，刀库容量增大，大容量、刀位不动的大容量、刀位不动的“货架式货架式”刀库刀库 用工业机器人取放用工业机器人取放 的刀具；的刀具；“圆柱形立体刀库圆柱形立体刀库”（德国）（德国）在圆柱内可容纳在圆柱内可容纳500把刀，把刀，圆柱中心的工业机器人按程序预选、取放、并传递给机圆柱中心的工业机器人按程序预选、取放、并传递给机 床主轴；床主轴；“框架式刀库框架式刀库”（瑞士）（瑞士）该刀库每个模块可容纳该刀库每个模块可容纳96把刀把刀 具，模块外形具，模块外形1.812.25m，可以层层叠加扩展容量。，可以层层叠加扩展容量。刀库
24、内机械手按程序抓放刀后，先传递给一个作为刀库内机械手按程序抓放刀后，先传递给一个作为“二传二传 手手”的接刀模块，再对机床换刀。的接刀模块，再对机床换刀。8.8.棒料自动送料器棒料自动送料器 9.润滑系统、排屑系统润滑系统、排屑系统10.10.高速多轴转塔头等高速多轴转塔头等 转转塔头的主轴有塔头的主轴有2、3、6、8个等多种，个等多种，转速最高可达转速最高可达1200018000r/min，功率功率450kW。2.2.3 并联机床进入实用阶段并联机床进入实用阶段 并联机床自并联机床自94年在美国芝加哥国际机床展览会上面市以来，有了年在美国芝加哥国际机床展览会上面市以来，有了很大发展，结构紧凑
25、而且增大了工作空间，机床刚度和工作精度进一很大发展，结构紧凑而且增大了工作空间，机床刚度和工作精度进一步提高，已进入实用阶段。主要用于汽车业、航空业和模具业。在加步提高，已进入实用阶段。主要用于汽车业、航空业和模具业。在加工中心和可移动工中心和可移动FMC中也采用了并联结构。中也采用了并联结构。有六杆、三杆、立式、卧式并联机床，结构形式为并联、串联和有六杆、三杆、立式、卧式并联机床，结构形式为并联、串联和混合结构，可采用直线电机和电主轴。并联机床的工作台有固定台、混合结构，可采用直线电机和电主轴。并联机床的工作台有固定台、可交换台、水平分度台、滑座床身等多种。可交换台、水平分度台、滑座床身等多
26、种。现已达到的最高精度：定位精度为现已达到的最高精度：定位精度为5m，重复定位精度为，重复定位精度为1.5m。过去并联机床的最大问题是精度不如传统结构机床，其原因一是过去并联机床的最大问题是精度不如传统结构机床，其原因一是坐标轴（支杆）的位置精度不高，二是由于热效应和切削力引起的变坐标轴（支杆）的位置精度不高，二是由于热效应和切削力引起的变形。现在杆内除装有滚珠丝杠外，还有检测杆自身长度的测量系统，形。现在杆内除装有滚珠丝杠外，还有检测杆自身长度的测量系统，通过补偿校正运动精度。通过补偿校正运动精度。2.2.4 数控激光加工领域有了新的进展数控激光加工领域有了新的进展 激光加工机床有：用于板材
27、下料的激光切割中心、激光龙门铣切机床激光加工机床有：用于板材下料的激光切割中心、激光龙门铣切机床（可以五轴联动）、激光雕刻机床、激光加工中心（三个光学轴，三（可以五轴联动）、激光雕刻机床、激光加工中心（三个光学轴，三个机械轴）、高速铣切和激光加工复合机床。功率：精细加工为个机械轴）、高速铣切和激光加工复合机床。功率：精细加工为几百瓦、切割等为几千瓦。几百瓦、切割等为几千瓦。激光器有：激光器有：CO2激光器、固体激光器激光器、固体激光器YAG、准分子激光器（冷切、准分子激光器（冷切削）。削）。激光加工工艺方法：激光铣切、激光雕刻铣切、激光焊接、激光表面激光加工工艺方法：激光铣切、激光雕刻铣切、激
28、光焊接、激光表面处理、激光打孔、激光切割等。处理、激光打孔、激光切割等。激光铣切的进一步发展，有可能取代激光铣切的进一步发展，有可能取代部分电加工机床。部分电加工机床。激光加工范围：激光加工范围：“激光束能激光束能”（激光束直径（激光束直径0.04mm0.1mm）几乎对所用材料都能加工，如精密膜具和工件加工、膜型制造、珠宝几乎对所用材料都能加工，如精密膜具和工件加工、膜型制造、珠宝加工、薄片加工、刀具加工、陶瓷的精细雕刻（这是一般铣削和电火加工、薄片加工、刀具加工、陶瓷的精细雕刻（这是一般铣削和电火花加工所不能比拟的）。花加工所不能比拟的）。加工精度：加工精度：10m，表面粗糙度：，表面粗糙度：1m。2.2.5 成套、成线制造装备成套、成线制造装备。4.2.64.2.6 工业机器人技术融入数控机床，促进成套技术向自动化方工业机器人技术融入数控机床，促进成套技术向自动化方 向发展向发展。
