计算机数控系统(4).ppt

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1、 CNC装置的硬件结构装置的硬件结构 CNC装置的软件结构装置的软件结构数控机床用可编程控制器数控机床用可编程控制器 CNC装置的装置的I/O接口及通信接口及通信 典型的典型的CNC装置装置概述概述第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统 第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统【内容提示内容提示】介绍数控系统组成、功能和工作流程、CNC装置的硬件和软件体系结构、数控机床用可编程控制器（PLC）、数控系统的输入/输出及通信接口，以及几种典型的CNC系统。【学习方法学习方法】应注意通过多种途径查找典型数控系统的相关资料，理论联系实际，对不同数控系统进行对比分析，并结合课程实验或者实践环节

2、的数控相关内容，加深对数控系统软、硬件的认识和理解。第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统pCNC系统的定义：CNCCNC是用一个存储程序的计算机是用一个存储程序的计算机，按照存储在计算机内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。CNCCNC与硬线数控与硬线数控NCNC的区别的区别：CNC的许多数控功能由软件实现的，很容易通过软件的改变来实现数控功能的更改或扩展，因此具有更大的柔性。3.1 3.1 概述概述数控装置第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统p从自动控制角度看，数控系统是一种轨迹控制系统，本质上是以多执行部件（各运动轴）的位移量为控制对象

3、并使其协调运动的自动控制系统。p数控系统的功能通常包括基本功能和选择功能：基本功能是数控系统必备的功能选择功能是供用户根据机床特点和用途进行选择的功能。1 1、数控系统功能、数控系统功能第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统p根据数控机床的类型、用途、档次的不同，CNC系统的功能有很大差别。pCNC系统的主要功能如下：控制功能：通过轴的联动完成轮廓轨迹的加工。准备功能：指定机床的运动方式插补功能：完成零件轮廓(平面或曲面)加工轨迹运算进给、主轴、刀具和辅助功能补偿功能：常见的有刀具的尺寸补偿和传动链误差补偿自诊断功能通信功能：与外界进行信息和数据交换的功能1 1、数控系统功能、数控系统功

4、能第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统p计算机数控系统由硬件和软件共同完成数控任务。p数控系统一般具有以下四个部分：（1）计算数控装置）计算数控装置(CNC)：CNC的核心，亦称CNC控制器。（2）输入输出）输入输出(I/O)装置装置（3）驱动控制装置）驱动控制装置（4）机床电器逻辑控制装置：）机床电器逻辑控制装置：现代数控系统采用可编程控制器（PLC）实现数控机床的各种继电器控制逻辑。2 2、数控系统的组成及工作流程、数控系统的组成及工作流程第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统pCNC系统的工作流程2 2、数控系统的组成及工作流程、数控系统的组成及工作流程第第3 3章章 计算

5、机数控系统计算机数控系统CNC装置的硬件结构类型：（1）大板式结构和功能模板式结构按CNC装置中各印制电路板的插接方式（2）单微处理器和多微处理器结构按CNC装置中微处理器的个数（3）专用型结构和个人计算机型结构按CNC装置硬件的制造方式（4）封闭式结构、PC嵌入NC式结构、NC嵌入PC式结构和软件型开放式结构按CNC装置的开放程度3.2 CNC3.2 CNC装置的硬件结构装置的硬件结构第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（1）大板式结构和功能模板式结构大板式结构p早期的数控系统采用大板结构FANUC公司的3/5/6/7系列及A-B公司的8601等p大板式结构CNC装置可由主电路板、位

6、置控制板、PLC板、图形控制板和电源单元等组成，各电路相关子板插在主电路板上，构成CNC装置。工程实例3-1pFANUC6MBCNC的大板式数控装置第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（1）大板式结构和功能模板式结构功能模块式结构p现代CNC采用总线式、模块化结构日本FANUC的15/16/18系统、德国西门子的840/880系列及美国A-B公司的8600系列等。p模块化结构将CNC装置按功能划分为模块，硬件和软件的设计都采用模块化设计方法。各模块以积木方式组成CNC装置。p模块化结构克服了大板结构功能固定的缺点，具有系统扩展性和通用性好，系统设计、维护和升级方便，可靠性高（部分损坏对

7、整机系统影响小）等优点。p一种功能模块式结构的全功能型车床数控系统框图第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（2）单处理器结构和多处理器结构单处理器结构p在单处理器CNC中，CPU采用集中控制和软件实时调度的方式，分时处理数控中的编辑、译码、插补、刀具补偿、位置控制、加工过程监控、显示等各个任务。FANUC的6/7系列，西门子的810/820系列等p单处理器结构CNC装置的功能受到功能受到CPU运算速度的限制运算速度的限制，为提高处理能力，采取增加硬件插补器、外部PLC和浮点协处理器等来提高系统性能。第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（2）单处理器结构和多处理器结构多处理器结构

8、p采用模块化结构，把系统控制按功能划分为多个子系统模块，每个子系统分别承担相应的任务，各子系统协调动作，共同完成整个控制任务。p子系统之间可采用紧耦合或松耦合方式。紧耦合有集中的操作系统，实现共享资源；松耦合采用多重操作系统，实现并行处理。p按照控制模式分为三类：分布式系统主从式系统总线式多主CPU系统第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（2）单处理器结构和多处理器结构分布式多处理器数控系统各微处理器之间均通过一条外部的通信链路连接在一起，它们相互之间的联系及对共享资源的使用都要通过网络技术来实现。第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（2）单处理器结构和多处理器结构主从式多处理

9、器数控系统各微处理器也都是完整独立的系统。主微处理器通过该总线对从其余微处理器进行控制、监视，并协调多个微处理器系统的操作。第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（2）单处理器结构和多处理器结构总线式多处理器数控系统各微处理器从逻辑上分不出主从。有一条并行主总线连接多CPU系统。系统利用总线仲裁器解决多个主CPU争用并行总线的问题。第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（3）专用型结构和个人计算机型结构专用型结构pCNC装置的硬件由各制造厂专门设计和制造，布局合理，结构紧凑，专用性强。p但硬件之间彼此不能交换和替代，没有通用性。FANUC数控系统、SIEMENS数控系统、美国AB系

10、统等都属于专用型。个人计算机型结构p以工业PC机作为CNC装置的支撑平台，再由各数控机床制造厂根据数控的需要，插入自己的控制卡和数控软件构成个性化数控系统。第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（4）封闭式结构、PC嵌入NC式结构、NC嵌入PC式结构和软件型开放式结构按CNC装置的开放程度可分为：1）封闭式结构2)PC嵌入NC式结构3）NC嵌入PC式结构4）软件型开放式结构第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统1）封闭式结构p传统CNC系统大多是封闭性结构。p对系统的功能扩展、改变和维修，都必须求助于系统供应商。p目前，这类系统还是占领了制造业的大部分市场。p随着开放体系结构数控系

11、统的发展，传统数控系统的市场正在受到挑战。FANUC0系统、MITSUBISHIM50系统、SIEMENS810系统等都是专用的封闭体系结构的数控系统。第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统2）PC嵌入NC式结构p一些传统CNC系统的制造商将把专用结构的CNC部分和PC机结合在一起，将非实时控制部分改由PC机来承担，实时控制部分仍使用多年积累的专用技术。p改善了数控系统的人机界面、图形显示、切削仿真、网络通信、生产管理、编程和诊断等功能，并使系统具有较好的开放性。p系统具有一定的开放性，但其NC部分仍然是传统的数控系统，体系结构还是不开放的，用户无法介入数控系统的核心。p系统特点：结构复

12、杂、功能强大，价格昂贵。工程实例3-2p典型的“PC嵌入NC”式数控结构FANUC150/160/180/210系列SIEMENS840DCNC第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统3）NC嵌入PC式结构p一些以PC机为基础的CNC制造商，通过开放式运动控制卡+PC机构CNC。p具有很强的运动控制和PLC控制能力，已被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。p开放性很好，用户可以自行开发，用来构成自己的数控产品或使用在生产线上。如美国DeltaTau公司用PMAC多轴运动控制卡构造的PMACNC数控系统、日本MAZAK公司用三菱电机MELDASMAGIC64构造的MAZATROL640CNC

13、等。工程实例3-3pDELTATAU公司的PMAC-NCTurboPMACFamilyUMACQMACTurboPMAC2UltraliteWithMACROInterfacePMAC-PC/104PMAC NC Advantage 800/810CAMACRECam Generator ProgramMotion Generator第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统3）软件型开放式结构p当今开放式数控系统的发展趋势。p实现了控制器的PC化和控制方案的软件化，具有最高的性能价格比，因而最有生命力。典型产品如美国MDSI公司的OpenCNC和SoftServo公司的ServoWorks

14、、德国PowerAutomation公司的PAS000NT以及美国国家标准技术协会的增强型机床控制器(EnhancedMachineController，EMC）LinuxCNC方案等。知识点：知识点：软件型CNC所用的I/O接口和伺服接口卡仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口，可以是数字、模拟或现场总线接口，通常不带CPU。工程实例3-4p几 种 典 型 的 软 件 型C N CPA8000 CNCServoWorks CNC EMC CNC厂家厂家德国POWERAUTOMATION美国SoftServo美国NIST主持的开放式CNC示范项目硬件构成硬件构成PC机+PA-CN

15、CENGINE伺服接口卡1394适配卡+PC机+1394伺服驱动器PC机并口，实现全软件型运动控制软件平台软件平台标准WinNTOS+PANT实时内核Windows实时扩展或RTLinux基于RT-Linux或RTAI二次开发二次开发CompileCycles软件开发工具API接口和软件开发工具源码开放开发工具开发工具C+编程运动控制VB、C/C+源代码Linux下C编程第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统3.3 CNC3.3 CNC装置的软件结构装置的软件结构pCNC系统的软件是为完成CNC系统的各项功能而专门设计和编制的，是数控加工系统的一种专用软件，又称为系统软件（系统程序）。p

16、不同的CNC装置，其功能和控制方案也不同，因而各系统软件在结构上和规模上差别较大，各厂家的软件互不兼容。现代数控机床的功能大都采用软件来实现，所以，系统软件的设计及功能是CNC系统的关键。知识点：知识点：数控系统是按照事先编制好的控制程序来实现各种控制的，而控制程序是根据用户对数控系统所提出的各种要求进行设计的。第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统p在CNC系统中，软件和硬件在逻辑上是等价的，即由硬件完成的工作原则上也可以由软件来完成。pCNC系统中软、硬件的分配比例是由性能价格比决定的。随着软、硬件的水平和成本，以及CNC系统所具有的性能不同，现代CNC系统中软、硬件界面也在变化。软

17、、硬件界面也在变化。1 1、CNCCNC装置的软硬件界面装置的软硬件界面第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统p多任务处理CNC系统是一个专用的实时多任务计算机系统2 2、CNCCNC装置软件结构特点装置软件结构特点第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统p并行处理同一时间内完成两种或两种以上相同或不同性质的工作同一时间内完成两种或两种以上相同或不同性质的工作有“资源重复资源重复”法法、“时间重叠时间重叠”法法和“资源共享资源共享”法法等方法。在CNC装置的软件中，主要采用“资源分时共享”和“资源重叠的流水处理”方法。2 2、CNCCNC装置软件结构特点装置软件结构特点CPU分时共享

18、的并行处理(a)(b)时间重叠流水处理第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统p实时中断处理数控软件中一些子程序的实时性很强，决定了中断成为整个数控软件中一些子程序的实时性很强，决定了中断成为整个系统不可缺少的重要组成部分。系统不可缺少的重要组成部分。CNC系统的中断管理主要由硬件完成，系统的中断结构决定系统的中断管理主要由硬件完成，系统的中断结构决定了软件结构。了软件结构。外部中断外部中断外部中断外部中断 内部定时器中断内部定时器中断内部定时器中断内部定时器中断 硬件故障中断硬件故障中断硬件故障中断硬件故障中断 程序性中断程序性中断程序性中断程序性中断2 2、CNCCNC装置软件结构特点

19、装置软件结构特点第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统p系统的中断结构决定了软件结构。p在常规的CNC系统中一般采用两种典型结构：中断型结构中断型结构中断型结构中断型结构前后台型结构前后台型结构前后台型结构前后台型结构 3 3、常规、常规CNCCNC装置的软件结构装置的软件结构第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统p中断型软件结构的特点是除了初始化程序之外，整个系统软件的各种功能模块分别安排在不同级别的中断服务程序中，整个软件就是一个大的中断系统。p管理功能通过各级中断服务程序之间的相互通讯来解决。-中断型结构工程实例3-5第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统p将CNC系统

20、整个控制软件分为前台程序和后台程序，二者相互配合完成整个控制任务。前台程序前台程序是一个实时中断服务程序，实现插补、位置控制及机床开关逻辑控制等实时功能；后台程序后台程序又称背景程序，是一个循环运行程序，完成管理功能和数控加工程序的输入和预处理（即译码、刀具补偿和加减速处理等数据计算）任务。-前后台型结构知识点：知识点：系统启动，初始化完成后，进入后台程序循环中，实时中断程序不断插入此循环过程，完成各项实时控制任务。工程实例3-6pA-B公司7360CNC的软件结构第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统3.4 3.4 数控机床用可编程控制器数控机床用可编程控制器p加工过程中主轴起动、停止

21、和换向，刀具的交换，工件夹紧或松开，冷却液的开或关，润滑系统的开关和运行，液压系统的起或停等辅助功能的控制遵循一定的逻辑关系、顺序关系。p可编程控制器可编程控制器（ProgrammableLogicController，PLC)以顺序控制为主，回路调节为辅，能够完成逻辑、顺序、计时、计数和算术运算等功能，是功能强大的顺序控制装置。知识点：知识点：早期的数控机床大多采用继电器逻辑线路实现，存在只能解决开关量的简单逻辑运算、控制功能有限、修改控制逻辑重新布线较大等难以克服的缺点。当前只用于控制逻辑较为简单的数控机床。第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统pPLC发展于20世纪60年代，是一类

22、以微处理器为基础的通用型自动控制装置。p现代数控系统的电器逻辑控制装置均采用PLC。pPLC技术发展迅速。据不完全统计：美国、日本、德国等生产PLC的厂家已达150多家，产品有数百种。3.4 3.4 数控机床用可编程控制器数控机床用可编程控制器第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统p美、日、德三国的产品代表了PLC产品的三大流派。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此其PLC产品有明显的差异性。日本的PLC技术由美国引进，对美国PLC产品有一定的继承性。p美国和欧洲以大中型PLC而闻名，而日本则以小型PLC著称。p为了适应不同的需要，PLC正朝着以下两个方向发展：低

23、档PLC向小型、简易、廉价方向发展，使之广泛地取代继电器控制；中、高档PLC向大型、高速、多功能方向发展，使之能取代工业控制微机的部分功能，实现大规模复杂系统的自动控制。3.4 3.4 数控机床用可编程控制器数控机床用可编程控制器第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统p美国有100多家PLC厂商。著名的有A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州仪器（TI）公司、西屋公司等。3.4 3.4 数控机床用可编程控制器数控机床用可编程控制器A-B公司GE公司第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统p德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司，法国的TE公司是欧

24、洲著名的PLC制造商。西门子在中、大型PLC产品领域与美国的A-B公司齐名。西门子PLC主要产品是S5、S7系列。3.4 3.4 数控机床用可编程控制器数控机床用可编程控制器TE公司S7-400第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统p在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70的份额。日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝等。3.4 3.4 数控机床用可编程控制器数控机床用可编程控制器松下fp1-c14r-ac 欧姆龙 cp1 三菱Fx1n系列 富士SPB系列日立micro-EH系列 东芝PLC第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（1）PLC的软硬件结构p实

25、质上是一种工业控制用的专用计算机。p基本功能结构框图如下：系统由中央处理器中央处理器(CPU)、存储器存储器、输入输入/输出模块输出模块、编程器编程器、电源电源和外部设备外部设备等组成，各部分通过总线相连。1 1、PLCPLC的结构、工作原理及编程系统的结构、工作原理及编程系统第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（1）PLC的软硬件结构系统由以下部分组成，各部分通过总线相连。u中央处理器：系统的核心核心通过输入模块将现场信息输入，并按用户程序规定的逻辑进行处理，然后将结果输出去控制外部设备。u存储器：用于存放系统程序、用户程序和工作数据u输入/输出模块：PLC与外部设备之间的桥梁桥梁u

26、编程器：用来开发、调试、运行应用程序的特殊工具工具u外部设备：扩展接口接口和智能I/O模块u电源：将外部交流电转换为PLC内部所需的直流电源电源 一般来讲，电源单元有三路输出，一路供给CPU模块使用，一路供给编程器接口使用，还有一路供给各种接口模板使用。1 1、PLCPLC的结构、工作原理及编程系统的结构、工作原理及编程系统SIEMENS编程器编程器PG OMRON手持式编程器手持式编程器第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（1）PLC的软硬件结构系统由以下部分组成，各部分通过总线相连。u可靠性高：针对恶劣工业环境的软、硬件设计和有效措施保证了可靠性u编程简单，使用方便：梯形图编程u灵

27、活性好：现场装配、调试过程中只要改写程序重新固化即可改变逻辑关系，无需重新布线。u直接驱动负载能力：大多采用了大功率晶体管和控制继电器形式输出，具有较强的驱动能力。u便于实现机电一体化：结构紧凑、体积小、功耗低等优点。u便于实现网络控制：借助丰富的通信网络功能。1 1、PLCPLC的结构、工作原理及编程系统的结构、工作原理及编程系统第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（2）PLC的工作原理PLC的工作流程属于典型循环顺序扫描。设计、调试应用软件编程器写入PLC现场的输入信号和被控制的执行元件相应地连接PLC的IO模块上开启控制开关使PLC处于运行工作方式（PLC循环顺序扫描工作）在输人

28、信号和用户程序的控制下，产生相应的输出信号，完成预定的控制任务。1 1、PLCPLC的结构、工作原理及编程系统的结构、工作原理及编程系统（2）PLC的工作原理一个扫描周期完成下面个模块处理。1）自诊断模块2）编程器处理模块3）网络处理模块4）用户程序处理模块5）超时检查模块6）出错处理模块pPLC循环顺序扫描工作流程图知识点：知识点：用户程序执行过程分输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统1 1、PLCPLC的结构、工作原理及编程系统的结构、工作原理及编程系统（3）PLC的编程系统pPLC采用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程。p国际电工委员会

29、（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3（可编程控制器语言标准）详细地说明了句法、语义和下述5种编程语言：功能表图(Sequential Function Chart）结构块控制流程图梯形图（Ladder Diagram）图形语言功能块图（Function Black Diagram）图形语言指令表（Instruction List）文字语言结构文本（Structured Text）文字语言第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统1 1、PLCPLC的结构、工作原理及编程系统的结构、工作原理及编程系统（3）PLC的编程系统p目前使用最普遍的编程语言是梯形图和语句表。日本的FANUC

30、公司、立石公司、三菱公司、富士公司等所生产的PLC产品，都采用梯形图编程。一般简易编程器都采用编码表输入。大型编程器也可用梯形图直接输入。(a)控制原理图(b)梯形图(c)语句表第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（1）数控机床PLC的控制对象p数控机床的控制可分为两大部分：坐标轴运动的位置控制位置控制数控机床加工过程的顺序控制顺序控制p数控系统调用PLC程序实现辅助功能及机床状态实时监控。pPLC辅助功能处理程序需要两个方面的原始信息，一为经数据预处理的M、S、T信息，二是机床现行状态信息。2 2、数控机床用、数控机床用PLC PLC 第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（1

31、）数控机床PLC的形式p数控机床用PLC可分为两类：内装型内装型PLCPLC内装型PLC从属于CNC装置，PLC与NC间的信号传送在CNC装置内部即可实现；PLC与MT（机床侧）则通过CNC输入/输出接口电路实现信号传送独立型独立型PLCPLC独立型PLC独立于CNC装置，也称通用型PLC，具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定控制任务。2 2、数控机床用、数控机床用PLC PLC 知识点：知识点：一般来说，最终受控对象的数量和顺序控制程序的复杂程度从低到高依次为CNC车床、CNC铣床、加工中心、FMC和FMS。内装型PLC的CNC系统 独立型PLC的CNC系统 第第3 3章章 计算机数控

32、系统计算机数控系统p可编程机床控制器（ProgrammableMachineController，PMC）程序也是普通PLC程序，无非编制时要了解下面内容：了解机床特点了解PMC与CNC的G和F信号关系，了解PMC与机床(MT)机床信号关系3 3、PLCPLC在数控机床中的应用在数控机床中的应用 第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（1）数控装置的IO接口pI/O接口的作用电平转换和功率放大；电气隔离，防止噪声引起误操作；在CNC装置和机床电气设备间进行D/A和A/D转换。p数控装置与机床及机床电器之间的接口分为四类：ISO4336-1981(E)机床数字控制数控装置和数控机床电气设备

33、之间的接口规范的规定。第1类：与驱动有关的连接电路。第2类：数控装置与检测系统和检测传感器之间的连接电路。第3类：电源及保护电路。第4类：开关信号和代码信号连接电路。3.5 CNC3.5 CNC装置的装置的I/OI/O接口及通讯网络接口及通讯网络p数控装置、控制设备与机床之间的连接系统 第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（2）数控装置的数据通信接口CNC装置通过网络接口与上级主计算机或DNC计算机直接通信或通过工厂局部网络相连。pCNC装置的通信方式及协议数据传送方式串行方式串行方式：与设备进行数据传送的只有一根线，数据按通信规程所约定的编码格式沿一根线逐位依次传送沿一根线逐位依次传

34、送。并行方式并行方式：输入输出数据都按字节传送，一位数据有字节传送，一位数据有一根传输线。一根传输线。3.5 CNC3.5 CNC装置的装置的I/OI/O接口及通讯网络接口及通讯网络第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统p串行传送协议串行传送协议一般分异步协议和同步协议两类。异步协议异步协议采用起止式异步串行传送格式。同步协议同步协议以固定的时钟产生数据流，传送字符组成字符块发送，块的开始和末尾增加控制信息组。p通常网络接口采用同步协议。p异步协议常用电气连接标准有：RS-232C20mA电流环RS-422RS-449。（2）数控装置的数据通信接口知识点：知识点：1.相距较远的设备间的数

35、据传送采用串行传送方式比较经济。2.同步协议比异步协议的额外费用低得多，可充分利用传送的带宽，采用较快的传送速率。但其接口的结构要复杂得多，成本也较高。第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统近代CNC系统的网络通信接口p在现代制造环境中，数控机床、加工中心等已不再是孤立的加工设备，而是网络环境下与工程设计系统、管理信息系统直接连接的一个有加工能力的结点。p借助数字化装备的通信接口，构建不同形式的控制网络，实现网络集成式全分布控制系统。p常用的通信网络主要有等五种：串行通信网络MAP网络现场总线网络以太网工业以太网（2）数控装置的数据通信接口第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统p制

36、造系统设备层五种控制网络对比（2）数控装置的数据通信接口第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（1）CNC装置的主要生产厂家及其典型产品pFANUC(日本)、SIEMENS(德国)、FAGOR(西班牙)、HEIDENHAIN(德国)、MITSUBISHI(日本)等公司的数控系统及相关产品，在数控机床行业占据主导地位；p国内生产的数控产品以华中数控、航天数控等为代表，也已将高性能数控系统产业化。3.6 3.6 典型的典型的CNCCNC装置装置知识点：知识点：数控机床根据功能和性能要求，配置不同的数控系统。系统不同，其指令代码也有差别，编程时应按所使用数控系统代码的编程规则进行编程。第第3

37、3章章 计算机数控系统计算机数控系统（1）CNC装置的主要生产厂家及其典型产品pFANUC(日本)、SIEMENS(德国)、FAGOR(西班牙)、HEIDENHAIN(德国)、MITSUBISHI(日本)等公司的数控系统及相关产品，在数控机床行业占据主导地位；p国内生产的数控产品以华中数控、航天数控等为代表，也已将高性能数控系统产业化。3.6 3.6 典型的典型的CNCCNC装置装置知识点：知识点：数控机床根据功能和性能要求，配置不同的数控系统。系统不同，其指令代码也有差别，编程时应按所使用数控系统代码的编程规则进行编程。FANUC公司主要数控系统：高可靠性的PowerMate0系列：用于控制

38、轴的小型车床，取代步进电机的伺服系统；可配画面清晰、操作方便，中文显示的CRT/MDI，也可配性能/价格比高的DPL/MDI。普及型CNC0-D系列：0-D用于车床，0-MD用于铣床及小型加工中心，0-GCD用于圆柱磨床，-GSD用于平面磨床，0-PD用于冲床。全功能型的-C系列：0-TC用于通用车床、自动车床，0-MC用于铣床、钻床、加工中心，0-GCC用于内、外圆磨床，0-GSC用于平面磨床，0-TTC用于双刀架轴车床。高性能/价格比的0i系列：整体软件功能包，高速、高精度加工，并具有网络功能。0i-MB/MA用于加工中心和铣床，4轴4联动；0i-TB/TA用于车床，4轴2联动，0i-ma

39、te MA用于铣床，3轴3联动；0i-mate TA用于车床，2轴2联动。具有网络功能的超小型、超薄型CNC16i/18i/21i系列：FS16i-MB的插补、位置检测和伺服控制以纳米为单位。16i最大可控8轴，6轴联动；18i最大可控6轴，4轴联动；21i最大可控4轴，4轴联动。除此之外，机床个性化的CNC16/18/160/180系列。SIEMENS公司主要数控系统：SINUMERIK802C：用于车床、铣床等，可控3个进给轴和1个主轴，802S适于步进电机驱动，802C适于伺服电机驱动，具有数字I/O接口。SINUMERIK802D：控制4个进给轴和1个主轴，PLC I/O模块，具有图形

40、式循环编程，车削、铣削钻削工艺循环等，为复杂加工任务提供智能控制。SINUMERIK810D：用于数字闭环驱动控制，最多可控6轴（包括1个主轴和1个辅助主轴），紧凑型可编程输入输出。SINUMERIK840D：全数字模块化数控设计，用于复杂机床 、模块化旋转加工机床和传送机床，最大可控31个坐标轴。FAGOR公司主要数控系统：具有高、中、低档可控制1-7的各种规格型号数控系统、数字化交流/直流伺服和电机系统、交流主轴伺服系统等，广泛用于车、铣、磨、测量、模具仿形加工、火焰/激光切割，专用机床等各方面。CNC8070是目前FAGOR最高档数控系统，代表FAGOR顶级水平，是CNC技术与PC技术的

41、结晶，属于与PC兼容的数控系统。可控制16轴+3电子手轮+2主轴，可运行Visual B+，Visual C+，PLC可达1024输人点/1024输出点，具有以太网、CAN，SERCOS通讯接口。8055系列数控系统是FAGOR高档数控系统，可实现7轴7联动+主轴+手轮控制。按其处理速度不同分为8055/A，8055/B，8055/C三种档次，适用于车床、车削中心、铣床、加工中心等数控设备，具有连续数字化仿形、RTCP补偿、内部逻辑分析、SERCOS接口、远程诊断等许多高级功能。8040/8055-i标准系列属中高档数控系统，采用中央单元与显示单元合为一体的结构。8040可控4轴4联动+主轴+

42、2个手轮，8055-i可实现7轴7联动+主轴+2个手轮，两者用户内存均可达到1MB字节且具有士10V模拟量接口及数字化SERCOS光缆接口，可配置带CAN接口的分布式PLC。8055/8040/8055-iTCO/MCO系列是一种开放式的数控系统，可供OEM再开发成为专用数控系统，适用于任何机床设备；8055/8040/8055-i TC/MC系列是人机对话式数控系统，其主要特点是无须采用ISO代码编程，可将零件图中的数据通过人机交互图形界面直接输入系统，从而实现编程。华中数控系统：华中数控以“世纪星”系列数控单元为典型产品，HNC-21T为车削系统，最大联动轴数为4轴；HNC-21/22M为

43、铣削系统，最大联动轴数为4轴，采用开放式体系结构，内置嵌人式工业PC。第第3 3章章 计算机数控系统计算机数控系统（1）北京FANUC公司http:/www.bj- 3章章 计算机数控系统计算机数控系统1.CNC控制系统的主要特点是什么？它的主要控制任务是哪些？2.试用框图说明CNC系统的组成原理，并解释各部分的作用。3.从CNC装置中含CPU的多少以及CPU的作用来看，CNC装置分为几类？试简述每一个的特征。4.CNC装置的系统软件结构模式有几种？每一种有何特点及应用范围？5.简述PLC在机床控制中的作用。6.数控机床常用的输入方法有几种？各有何特点？7.试述采用串行和并行方式进行外部设备与数控机床间的数据通信时的工作原理与特点。习题及思考题：习题及思考题：