數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及連接

1、數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及連接,一、數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)類型,主要內(nèi)容,二、數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),三、典型數(shù)控系統(tǒng)的硬件連接,四、數(shù)控系統(tǒng)的常見板卡,計算機數(shù)控裝置,數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)類型,1.大板式結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu),大板式結(jié)構(gòu),CNC裝置內(nèi)一般都有一塊大板，稱為主板。主板上裝有主CPU和各軸的位置控制電路等(集成度較高的系統(tǒng)把所有的電路都安裝在一塊板上)，其他相關(guān)子板(完成一定功能的電路板)，如ROM板、RAM板和PLC板都插在主板上面,優(yōu)點: 結(jié)構(gòu)的CNC裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可靠性高、價格低、有很高的性能價格比。AB公司的8601就是大板式結(jié)構(gòu)的CNC,缺點:硬件功能不易變動，柔性低,fanuc-6M

2、系統(tǒng),模塊化結(jié)構(gòu),將CPU、存儲器、輸入輸出控制、位置檢測、顯示部件等分別做成插件板(稱為硬件模塊)，相應的軟件也是模塊結(jié)構(gòu)，固化在硬件模塊中。硬軟件模塊形成一個特定的功能單元，稱為功能模塊。功能模塊間有明確定義的接口，接口是固定的，使用工廠標準或工業(yè)標準，彼此間可進行信息交換。各模塊間連接的定義，形成了所謂的總線,設(shè)計簡單，試制周期短，調(diào)整維護方便， (如果某個模塊壞了，其他模塊可照常工作，有可能進行部分CNC功能的操作)，有良好的適應性和擴展性,2.單微處理器和多微處理器結(jié)構(gòu),在單微處理器CNC中，CPU通過總線與存儲器和各種接口相連接，構(gòu)成CNC的硬件支持，采取集中控制、分時處理的方式完

3、成CNC對存儲、插補運算、I0控制、CRT顯示等多任務的處理。采用單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC有德國Siemens公司的810820系列，AB公司的8400系列等,單微處理器,多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置把機床數(shù)字控制這個總?cè)蝿談澐譃槎鄠€子任務，也稱子功能模塊。在硬件方面一般采用模塊化結(jié)構(gòu)，以多個(兩個或兩個以上)CPU配以相應的接口形成多個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)分別承擔不同的子任務，各子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)動作共同完成整個數(shù)控任務,多微處理器結(jié)構(gòu),多微處理器CNC區(qū)別于單微處理器CNC的最顯著特點是通信，CNC的各項任務和職能都是依靠組成系統(tǒng)的各CPU之間的相互通信配合完成的。多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC的典型通信方式

4、有共享總線和共享存儲器兩類結(jié)構(gòu),共享總線結(jié)構(gòu)的典型代表是FANUC 15系統(tǒng)。它按功能將系統(tǒng)劃分為若干個功能模塊，其中帶有CPU的稱為主模塊，不帶CPU的稱為從模塊。根據(jù)不同的配置可選用7、9、11和13個功能模塊插件板,所有主從模塊都插在配有總線插座的機柜內(nèi)，通過共享總線把各個模塊有效地連接在一起，按要求交換各種數(shù)據(jù)和信息，組成一個完整的實時多任務系統(tǒng)，實現(xiàn)CNC的預定功能，其硬件結(jié)構(gòu)如圖所示,FANUC 15系統(tǒng)的總線是FANUC公司白己設(shè)計的FANUC BUS,共享總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是系統(tǒng)配置靈活、結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)、造價低。缺點是會引起競爭，使信息傳輸率降低，總線一旦出現(xiàn)故障，會影響全局,

5、共享總線結(jié)構(gòu),共享存儲器結(jié)構(gòu)的典型代表有GE公司的MTC1 CNC，其硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。MTCl CNC共有3個CPU，其中中央CPU負責數(shù)控程序的編輯、譯碼、刀具和機床參數(shù)的輸入；顯示CPU把中央CPU的指令和顯示數(shù)據(jù)送到視頻電路進行顯示，此外還定時掃描鍵盤和倍率開關(guān)狀態(tài)并送中央CPU進行處理；插補CPU完成插補運算、位置控制、IO控制和RS232C通信等任務，還向中央CPU提供機床操作面板開關(guān)狀態(tài)及所需顯示的位置信息等。中央CPU與顯示CPU和插補CPU之間各有512字節(jié)的公共存儲器用于交換信息,共享存儲器結(jié)構(gòu),1)輸入裝置: 完成程序,參數(shù)等信息的輸入MDI信息載體 2)輸出裝置: 完成

6、打印,穿孔顯示等 3)通信線路: 實現(xiàn)串行通訊及網(wǎng)絡(luò)功能 4)CNC: 完成與外圍設(shè)備聯(lián)系,控制系統(tǒng)各部分功能 5)PLC: 完成機床的順序控制,換刀,APC等 6)主軸單元: 接受CNC的指令,控制主軸電機的轉(zhuǎn)速及旋向 7)速度單元: 接收CNC 的指令,控制各伺服軸的動作,數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),組成: 中央單元(CPU,總線BUS,存儲器(RAM, ROM,I/O接口電路,PLC 主軸單元 速度控制單元,CNC單元系統(tǒng)的構(gòu)成,總線,信息公共通路的總稱 物理導線分為: 地址總線(DB) 數(shù)據(jù)總線(AB) 控制總線(CB,CPU,構(gòu)成： 由運算器、控制器、內(nèi)部寄存器 兩個因素: 1） 位數(shù) 2）速

7、度 作用: 對系統(tǒng)內(nèi)部工件及操作進行統(tǒng)一控制,按照程序中指令的要 求進行各種運算,使系統(tǒng)成為一個有機整體,BUS,作用: 存放系統(tǒng)軟件,零件程序參數(shù)等 存儲運算的中間結(jié)果 分類,存儲器,RAM(隨機存儲器) 既可讀入也可寫出,用來存放 程序 參數(shù) 中間結(jié)果 均應保持。 ROM: 只讀存儲器， 存放系統(tǒng)軟件 又分為: EPROM、E2 ROM、閃存,FANUC 0i系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),FANUC 0i系統(tǒng)主CPU板的構(gòu)成框圖,FANUC 0i系統(tǒng)的CNC單元為大板結(jié)構(gòu)。 基本配置有: 主板、 存儲器板、 I/O板、 伺服軸控制板 電源板。 各板插在主板上,與CPU的總線相連,1)主板 主CPU在該板

8、上。主CPU用于系統(tǒng)主控,原 來用80386,從1998年起改用80486/DX2。 此外,顯示的CRT控制也在該板上。 (2)存儲器板該板上有: 系統(tǒng)的控制軟件ROM(共5片)。 車床(0-T系統(tǒng)); 銑床(鏜床,鉆床); 加工中心(0-M系統(tǒng)); 磨床(0-G系統(tǒng)); 沖床(0-P系統(tǒng))。 不同類型的機床控制軟件不同,伺服控制軟件ROM 1片; PMC-L的ROM芯片2片; 用于存儲機床的強電控制邏輯程序。 RAM芯片; 用于寄存CPU的中間運算數(shù)據(jù)。 CMOS RAM; 用于存儲系統(tǒng)和機床參數(shù)、零件加工程序。根據(jù)用戶要求配置,最大可為128K字節(jié)。CMOS RAM與4.5 V電池相連,關(guān)

9、機時保存信息,3)I/O板 該板是CNC單元與機床強電柜的接口。接收或輸出24 V直流信號,由PMC實施輸入/輸出控制。I/O點數(shù)可根據(jù)機床的復雜程度選擇。標準配置為104個輸入點,72個輸出點。 (4)進給伺服控制板 FANUC 0系統(tǒng)全部用數(shù)字式交流伺服控制.其控制板裝在CNC單元內(nèi)，即CNC單元與進給伺服為一體化設(shè)計。 伺服板上有2個CPU(TMS320),用于伺服的數(shù)字控制。每個CPU控制2個軸,一塊板可控制4個軸。該板接受主CPU分配的伺服控制指令,輸出6個相位各差60的脈寬調(diào)制信號(每軸),加于各軸的伺服驅(qū)動的功率放大器上。 0-D系統(tǒng)為4軸(最大配置)控制,4軸聯(lián)動。只用一塊伺服

10、板。0-C最多可控制6個軸,控制6個軸時需用2塊板,數(shù)控系統(tǒng)的硬件連接,華中數(shù)控,802C與 伺服驅(qū)動器 SIMODRIVE Base line 和1K7K 伺服電機 的連接,802C與 伺服驅(qū)動器 SIMODRIVE Base line 和1K7K 伺服電機 的連接,802C與 伺服驅(qū)動器 SIMODRIVE611 和1K7K 伺服電機 的連接,SIN840C系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),華中數(shù)控,四、數(shù)控系統(tǒng)的常見板卡,華中數(shù)控,華中數(shù)控,世紀星” HNC-21的內(nèi)部板卡,華中數(shù)控,世紀星” HNC-21的內(nèi)部板卡:主板,華中數(shù)控,世紀星” HNC-21的內(nèi)部板卡:電源板,華中數(shù)控,華中數(shù)控,華中數(shù)控,世紀星” HNC-21的內(nèi)部板卡:鍵盤按鍵板,世紀星” HNC-21的內(nèi)部板卡:鍵盤按鍵板,FANUC 0系統(tǒng)為全功能型。下列一些功能增加了系統(tǒng)的應用范圍和操作的方便： Cs軸輪廓控制?？梢允〉鬋f軸,用主軸的轉(zhuǎn)動做為回轉(zhuǎn)坐標與其它直線軸插補,加工輪廓曲線。 剛性攻絲。Z軸進給與主軸轉(zhuǎn)動同步,不用彈簧卡頭實現(xiàn)攻絲，從而提高了螺紋的加工精度。 PMC軸控制。用梯形圖程序控制伺服進給軸，用于回轉(zhuǎn)軸分度或定量位置進給。0-C系統(tǒng)PMC可控制2個進給軸。 主軸雙刀架,系統(tǒng)的功能,0