FANUC系统与华中系统的比较.docx

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FANUC系统与华中系统的比较

国川科UH业歩院

UNIVERSITYFORSCIENCE&TECHNOLOGYSICHUAN

毕业论文

题目：

FANUC系统与华中系统的比拟

学院机电工程学院

年级08级

专业数控专业

学号

学生姓名

指导教师

毕业设计〔论文〕鉴定表

院系

机电工程学院

专业

数控技术

年级

08级

姓名

题目

FANUC系统与华中系统的比拟

指导教师

评语

过程得分：

〔占总成绩20%〕

是否同意参加毕业辩论

指导教师签字〕

辩论教师

评语

辩论得分：

〔占总成绩80%〕

毕业论文总成绩等级：

辩论组成员签字

年—月—日

毕业设计〔论文〕任务书

班级08级学生姓名学号

发题日期：

2021年口月15日完成日期：

2月10

日

题目FANUC系统与华中系统的比拟

1、本论文的訂的、意:

义数控技术作为制造业实现自动化、柔性化、集成

化生产的根底。

比拟数控系统，有助于我们更全面的了解数控系统，掌握数控技术，它不仅是制造业提高产品质量和生产效率的重要手段，数控技术的应用水平更是表达国家综合国力的重要标志，所以我们要学好数控，掌握数控技术。

2、学生应完成的任务

知道什么是数控系统，数控系统的组成，根本的数控系统，简介FANUC系统与华中系统，并进行比拟。

3、论文各局部内容及时间分配：

〔共20周〕

第_局部〔1-2周〕

第二局部〔3周〕

第三局部〔4_5周〕

第四局部〔6-10周〕

第五局部〔11-13

周〕

评阅及辩论

_〔周〕

备注

指导教师：

年月日

审批人：

年月日

摘要

1946年世界上诞生了第一台电子计算机。

第一台计算机诞生6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上。

1952在美国诞生了第一台数控机床。

从此，传统的机床产生了质的变化。

早期的计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响不大，但它不能适应机床实时控制的要求。

人们不得不釆用数字逻辑电路，搭成机床专用讣算机作为数控系统，被称为硬件连接数控〔HARD-WIREDNC〕,简称为数控〔NC〕。

随着电子元器件的开展，这个阶段乂历经三代：

1952年的第一代一电子管计算机组成的数控系统；1959年的第二代一晶体管计算机组成的数控系统；1965年的第三代一小规模的集成电路计算机组成的数控系统。

这一阶段从1970年开始至今』970年研制成功大规模集成电路，并将其用于通用小型计算机。

此时的小型计算机，其运算速度比五、六十年代的计算机有了大幅度的提高。

专门搭成的专用汁算机本钱低，可靠性高。

于是，小型计算机被用作数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控〔CNC〕阶段。

计算机数控阶段也经历了三代1970年第四代一小型计算机数控系统；1974年第五代一微处理器组成的数控系统1990年第六代一基于PC的数控系统。

20世纪50年代末期，经历了初期的封闭式开发阶段。

数控技术作为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的根底，是制造业提高产品质量和生菜效率的重要手段，数控技术的应用水平更是表达国家综合实力的重要标志。

现在制造业已经成为国民经济的支柱产业。

现在市场上的主流数控系统包括华中系统、FANUC系统、SIEMENS系统。

关键词：

数控；系统；比拟

第一童数控系纟刪念1

1.1数控系统的定义及组成1

1.2数控系统的根本原理3

第二童常用数扌繇统简析6

2.1FANUC系统简介6

2.2华中数控系统简介8

第三童比拟华中数控系统与FANUC系统11

3.1数控系统的结构的比拟11

3.2急停与超程解除控制线路的工作原理的比拟12

3.3数控系统的参数的比拟15

3.4数控系统宏指令编程的比拟18

3.5数控系统G/M代码的运用比拟26

3.6其他区别31

结论32

致谢33

参考文献34

第一章数控系统概念

数控系统的定义及组成

数控系统的定义

数控是数字控$iJ（NumericControl,NC）的简称。

我们当前的机床数控系统是在传统的硬件数控的根底上开展起来的。

它用一台计算机代替硬件数控装置，山软件实现部分或全部数控功能。

因此，机床数控系统是一种包含计算机在内的用数字控制技术实现的自动控制系统，其被控对象可以是各种生产过程。

机床数控系统一般山输入/输出装置、讣算机数控装置（CNC装置）、伺服驱动装置、辅助控制装置等局部组成，有些数控系统还配有位置检测装置，如图3-1所示。

其中数控装置是数控系统的核心局部，它山硬件和软件两大局部共同构成，硬件主要包括微处理器（CPU）、存储器和各种接口；软件主要有系统软件和应用软件。

应用软件包括零件数控加工程序或其他辅助软件，如CAD/CAM软件。

系统软件是为实现CNC系统各项功能所编制的专用软件，也叫控制软件，它存放在计算机EPROM内存中。

各种CNC系统的功能设置和控制方案各不相同，它们的系统软件在结构上和规模上差异很大，但是一般都包括输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序等。

数控系统的组成

图1-1机床数控系统的组成

1•输入/输出装置

CNC机床在进行加工前，必须接受山操作人员输入的零件加工程序，然后才能根据输入的加工程序进行加工控制，从而加工出所需的零件。

在加工过程中，操作人员要向机床数控装置输入操作命令，数控装置要为操作人员显示必要的信息，如坐标值、报警信号等。

此外，输入的程序有时并非全部正确，还需要编辑、修改和调试。

以上工作都是机床数控系统和操作人员进行信息交流的过程，要进行信息交流，CNC系统中就必须具备必要的交互设备，即输入/输出装置。

2.数控装置

数控装置是数控系统的核心。

它的主要功能是：

正确识别和解释数控加工程序，并对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理，从而完成各种输入、输出任务。

其形式可以是山数字逻辑电路构成的专用硕件数控装置或是计•算机数控装置。

前者称作数控装置，或NC装置，其数控功能山硬件逻辑电路实现；后者称为CNC装置，其数控功能由硬件和软件共同实现。

数控装置将数控加工程序信息按两类控制量分别输出，从而控制机床各组成局部实现各种数控功能：

一类是连续控制量，送往伺服驱动装置；另一类是离散的开关控制量，送往PLC逻辑控制装置。

3.伺服驱动装置

伺服驱动装置包括主轴伺服驱动装置和进给伺服驱动装置两局部。

伺服驱动装置山驱动电路和伺服电动机组成，并与机床上的机械传动部件组成数控机床的主传动系统和进给传动系统。

主轴伺服驱动装置接收来自PLC的转向和转速指令，经过功率放大后驱动主轴电动机转动。

进给伺服驱动装置在每个插补周期内接收数控装置的位移指令，经过功率放大后驱动进给电动机转动，同时完成速度控制和反应控制功能。

根据所选电动机的不同，伺服驱动装置的控制对象可以是步进电动机、直流伺服电动机或交流伺服电动机。

伺服驱动装置有开环、半闭环和闭环之分。

山于主轴的运动没有进给轴的要求高,因此，有时普通数控车、铳床的主轴电机不是伺服电动机，而是普通电动机。

4.辅助装置设置

辅助控制装置是介于数控装置和机床机械、液丿玉部件之间的控制装置。

通过可编程序控制器〔PLC〕来实现，PLC和数控装置相互配合，共同完成数控机床的控制。

数控装置主要完成与数字运算和程序管理等有关的功能，如零件程序的编辑、译码、插补运算、位置控制等。

PLC主要完成与逻辑运算有关的动作。

零件加工程序中的M代码、S代码、T代码等顺序动作信息，经译码后转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床的相应开关动作，如工件的装夹、刀具的更换、切削液的开关等一些辅助功能。

它接收机床操作面板和来自数控装置的指令。

5.位置检测装置

位置检测装置与伺服驱动装置配套组成半闭环和闭环伺服驱动系统。

位置检测装置通过直接或间接测量执行部件的实际进给位移量，反应到数控装置并与指令〔理论〕位移量进行比拟，将其误差转换放大后控制执行部件的进给运动，以提高系统精度。

数控系统的根本原理

数控系统的工作过程

数控机床的编程人员在编制好零件加工程序后，就可以山操作人员输入〔包括MDI输入、山输入装置输入和通信输入〕至数控装置，并存储在数控装置的零件程序存储区内。

要加工时，操作者可用菜单命令调入需要的零件加工程序到加工缓冲区，数控装置在采样到来自控制面板的"循环启动〃指令后，即对加工缓冲区内的零件加工程序进行自动处理〔如运动轨迹处理、机床输入/输出处理等〕，然后输出控制命令到相应的执行部件〔伺服单元、驱动装置和PLC等〕，加工出符合图纸要求的零件。

这个过程可以用图1-2表示。

程序存储零件加工程序

数据处理

——?

位置控制f成形运动

PLC控制

■

切削运动，机床

I/O

图1—2数控系统的工作过程

程序的储存

CNC系统一般在计算机的存储器中开辟一个零件程序区，输入时将零件整个加工程序一次送入存储区。

零件加工程序在零件程序存储区中连续存放，段与段之间、程序与程序之间不留任何空间。

零件程序存储区中设有一个零件程序LI录表和取程序指针单元，该指针单元的内容永远指向下一步存入或取出单元的地址。

数控系统的程序输入和读出过程分别如图1-3和图1一4所示。

图1-3数控系统的程序输入过程

图1-4数控系统的程序读出过程

译码

所谓"译码"就是将输入的数控加工程序段按一定规那么翻译成CNC装置中计算机能识别的数据形式，并按约定的格式存放在指定的译码结果缓冲器中。

具体来讲，译码就是从数控加丄程序缓冲器或MDI缓冲器中逐个读入字符，先识别出其中的文字码和数字码，然后根据文字码所代表的功能，将后续数字码送到相应的译码结果缓冲器单元中。

译码可在加工前一次性将整个程序翻译完，并在译码过程中对程序进行语法检査，假设有语法错误那么报警，即所谓的编译方式；另一种处理方式是在加工过程中进行译码，即讣算机在进行加工控制时，利用空闲时间来对后面的程序段进行译码，称为解释方式。

第二章常用数控系统简析

2.1FANUC系统简介

2.1.1FANUC数控系统的开展

FANUC公司创立于1956年，1959年首先推出了电液步进电机，在后来的假设干年中逐步开展并完善了以硬件为主的开环数控系统。

进入70年代，微电子技术、功率电子技术，尤其是计算技术得到了飞速开展，FANUC公司毅然舍弃了使其发家的电液步进电机数控产品，一方面从GETTES公司引进直流伺服电机制造技术。

1976年FANUC公司研制成功数控系统5,随时后乂与SIEMENS公司联合研制了具有先进水平的数控系统7,从这时起，FANUC公司逐步开展成为世界上最大的专业数控系统生产厂家，产品日新月异，年年翻新。

1979年研制出数控系统6,它是具备一般功能和局部高级功能的中档CNC系统，6M适合于铳床和加工中心；6T适合于车床。

与过去机型比拟，使用了大容量磁泡存储器,专用于大规模集成电路，元件总数减少了30%。

它还备有用户自己制作的特有变量型子程序的用户宏程序。

1980年在系统6的根底上同时向抵挡和高档两个方向开展，研制了系统3和系统9。

系统3是在系统6的根底上简化而形成的，体积小，本钱低，容易组成机电一体化系统,适用于小型、廉价的机床。

系统9是在系统6的根底上强化而形成的具备有高级性能的可变软件型CNC系统。

通过变换软件可适应任何不同用途，尤其适合于加工复杂而昂贵的航空部件、要求高度可靠的多轴联动重型数控机床。

1984年FANUC公司乂推出新型系列产品数控10系统、11系统和12系统。

该系列产品在硬件方面做了较大改良，但凡能够集成的都作成大规模集成电路，其中包含了8000个门电路的专用大规模集成电路芯片有3种，其引出脚竟多达179个，另外的专用大规模集成电路芯片有4种，厚膜电路芯片22种；还有32位的高速处理器、4兆比特的磁泡存储器等，元件数比前期同类产品乂减少30%oIII于该系列采用了光导纤维技术，使过去在数控装置与机床以及控制面板之间的儿白根电缆大幅度减少，提高了抗干扰性和可幕性。

该系统在DNC方面能够实现主计算机与机床、工作台、机械手、搬运车等之间的各类数据的双向传送。

它的PLC装置使用了独特的无触点、无极性输出和大电流、高电压输出电路，能促使强电柜的半导体化。

此外PLC的编程不仅可以使用梯形图语言，还可以使用PASCAL语言，便于用户自己开发软件。

数控系统10、11.12还充实了专用宏功能、自动方案功能、自动刀具补偿功能、刀具寿命管理、彩色图形显示CRT等。

1985年FANUC公司乂推出了数控系统0,它的口标是体积小、价格代，适用于机电一体化的小型机床，因此它与适用于中、大型的系统10、11、12-起组成了这一时期的全新系列产品。

在硬件组成以最少的元件数量发挥最高的效能为宗旨，采用了最新型高速高集成度处理器，共有专用大规模集成电路芯片6种，其中4种为低功耗CMOS专用大规模集成电路，专用的厚膜电路3种。

三轴控制系统的主控制电路包括输入、输出接口、PMC（ProgrammableMachineControl）和CRT电路等都在一块大型印制电路板上，与操作面板CRT组成一体。

系统0的主要特点有：

彩色图形显示、会话菜单式编程、专用宏功能、多种语言（汉、德、法）显示、LI录返回功能等。

FANUC公司推出数控系统0以来，得到了各国用户的高度评价，成为世界范围内用户最多的数控系统之

O

1987年FANUC公司乂成功研制出数控系统15,被称之为划时代的人工智能型数控系统，它应用了MMC（ManMachineControl）xCNC、PMC的新概念。

系统15采用了高速度、高精度、高效率加工的数字伺服单元，数字主轴单元和纯电子式绝对位置检出器,还增加了MAP（ManufacturingAutomaticProtocol）%窗口功能等。

FANUC公司是生产数控系统和工业机器人的著名厂家，该公司自60年代生产数控系统以来，已经开发出40多种的系列产品。

FANUC公司目前生产的数控装置有F0、F1O/F11/F12>F15、F16、F18系列。

F00/F100/F110/F120/F150系列是在FO/F1O/F1^F15的根底上加了MMC功能，即CNC、PMC、MMC三位一体的CNC。

2.1.2FANUC数控系统的特点

FANUC公司数控系统的特点如下：

（1）结构上长期采用大板结构，但在新的产品中已采用模块化结构。

〔2〕采用专用LSI,以提高集成度、可靠性，减小体积和降低本钱。

〔3〕产品应用范围广。

每一CNC装置上可配多种上控制软件，适用于多种机床。

〔4〕不断采用新工艺、新技术。

如外表安装技术SMT、多层印制电路板、光导纤维电缆等。

〔5〕CNC装置体积减小，采用面板装配式、内装式PMC〔可编程机床控制器〕。

〔6〕在插补、加减速成、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制和诊断方面不断增加新的功能：

插补功能：

除直线、圆弧、螺旋线插补外，还有假想轴插补、极其坐标插补、圆锥面插补、指数函数插补、样条插补等。

切削进给的自动加减速功能：

除插补后直线加减速，还插补前加减速。

补偿功能：

除螺距误差补偿、丝杠反向间隙补偿之外，还有坡度补偿线性度补偿以及各新的刀具补偿功能。

故障诊断功能：

采用人工智能，系统具有推理软件，以知识库为根据查找故障原因。

〔7〕CNC装置面向用户开放的功能。

以用户特订宏程序、MMC等功能来实现。

〔8〕支持多种语言显示。

如日、英、德、汉、意、法、荷、西班牙、瑞典、挪威、丹麦语等。

〔9〕备有多种外设。

如FANUCPPR,FANUCFACard,FANUCFLOPYCASSETE,FANUCPROGRAMFILEMate等。

〔10〕已推出MAP〔制造自动化协议〕接口，使CNC通过该接口实现与上一级计算机通信。

〔11〕现已形成多种版本。

FANUC系统早期有3系列系统及6系列系统，现有0系列、10/11/12系列、15、16、18、21系列等，而应用最广的是FANUC0系列系统。

华屮数控系统简介

华中数控系统的开展

1.第一代一一华中I型

2.第二代华中2000

3.华中“世纪星〞HNC—21/22—分别经历1234代，其中4代扩展到6轴

4.精简版“世纪星〞HNC—181/191

华中数控系统的特点

1.华中数控综合实验台山数控装置、变频调速主轴及三相异步电动机、交流伺服单元及交流伺服电动机、步进电动机驱动器及步进电动机、测量装置、十字工作台组成。

如图2-1所示。

图2-1华中数控综合实验台

2.“世纪星〞系统功能主要特点如下：

〔1〕编程语言采用国际通用的G代码编程，具有直线、圆弧、螺旋线插补功能，支持程序的旋转、缩放、镜像、刀具补偿、宏程序、子程序调用、多种坐标系设定等功能。

支持MasterCAM.UG、ProE等CAD/CAM系统生成的数控加工程序。

〔2〕支持公制/英制输入，绝对值/增量值编程，每分钟/每转进给和直径/半径编程功能。

〔3〕支持公制/英制输入，绝对值/增量值编程，每分钟/每转进给和直径/半径编程

功能。

〔4〕车床支持倒角〔直角、圆角〕、螺纹切削，螺纹切削具有多头螺纹加工功能，并可加工变螺距螺纹。

铳床既支持柔性攻丝也支持刚性攻丝，刚性攻丝的使用提高了加工效率，保证螺纹精度。

〔5〕支持恒线速度切削功能，根据刀尖的位置自动变化主轴速度，使切削线速度保持恒定，以满足工件加工的工艺要求，大大提高精加工面粗糙度，延长刀具的使用寿命。

〔6〕具有小线段连续高速加工功能〔G64〕和准确定位功能〔G61〕,加减速控制采用S曲线加减速。

G64支持程序超前预处理，超前预读程序，将小线段按连续轨迹高速进给，根据拐角大小，自适应控制进给速度，保证拐点处的误差小于跟踪误差的允差设定，特别适合加工CAD/CAM生成的复杂模具加工程序。

〔7〕8重子程序调用，宏程序支持逻辑运算符〔AND、OR、NOT〕、函数〔SIN,COS,TAN,ATAN,ATAN乙ABS,INT,SQRT,EXP〕、条件判别语句〔IF,ELSE,ENDIF〕和循环语句〔WHILE,ENDW〕,可实现复杂的运算，功能强大。

用户使用变量进行算术、逻辑和函数的混合运算，可编制各种复杂的零件加工程序，减少棋至免除繁琐汁算，大大精简程序量。

〔8〕支持单、双向螺距补偿和反向间隙补偿，螺距补偿数据最多可达256点。

具有跟踪误差允差设定与报警功能，数控系统实时监控机床实际坐标，对机床的非正常运行状态进行报警。

〔9〕具有断点保存与恢复功能，大零件程序加工可分时段加工，系统记忆上次中断加工时的状态，为用户提供极大的方便。

〔10〕三维图形实时显示刀具轨迹和零件形状，界面实时加工参数显示，包括坐标位置〔机床、工件、相对〕、跟踪误差、剩余进给、M、S、T和进给速度、倍率等，显示内容丰富。

〔11〕空运行和图形化程序校验功能，方便加工代码的编制和检验。

〔12〕进给修调、快速修调和主轴转速修调三种控制功能，修调范圉到达10—150%。

〔13〕系统釆用汉字用户界面，提供完善的在线帮助功能〔程序代码和帮助图例〕,操作简便，易于掌握和使用。

〔14〕支持自动换刀、刀具长度补偿和刀尖半径补偿。

车床系统支持多种对刀方式〔相对刀偏和绝对刀偏〕，刀补具有圆弧半径补偿，满足高精度加工的要求。

〔15〕支持指定程序行加工、任意程序行加工和程序跳段功能，加工代码的控制更加方便、灵活。

〔16〕提供标准的PLC图形显示和设置，方便用户的查看和修改。

〔17〕提供二次开发接口，可按用户要求定制控制系统的功能，适合专用机床控制系统的开发。

第三章比拟华中数控系统与FANUC系统

数控系统的结构的比拟

数控系统的结构

电源

DC-

□电源PCB〔内装〕"l-DC转换器

主CPU存储板系统软件宏程序.梯形图、参数等PMC控制IOLink控制

伺服控制主轴控制存储R接口

LED显示阅读/穿孔接口

MDI控制

显示控制

二

□

二

—

□

□

二

PCB

1

I/O板〔只用roi系列〕

匚D1DO匚手摇脉冲发生器控制

匚数据效劳

微型插割

〔只在Di系列中

C输入输出控制

MDI

二HSSB板二以人网板二DeviceNet

PKOF1BUS

FL-ner板

华中数控系统的结构

图3-2华中数控系统的结构

急停与超程解除控制线路的工作原理的比拟

3.2.1FANUC数控系统的工作原理

急停：

用于在紧急悄况下，停止机床的运动,一般用其按钮触点控制切断强电。

超程解除：

数控系统通常可提供两种行程保护功能，一种为在机床各坐标轴的极限位置安装限位开关，当其被圧下时，向数控系统发出超程信号使之减速停止。

另一种为存储行程极限，它允许在机床坐标系中设定多个坐标值形式的区域，禁入区域可以III用户指定为设定区域的内侧或外侧，当机床移动进入禁入区域那么停止移动，并显示超程报警。

:

厂‘打：

‘一

金九1乜代电"虫

图3—3急停与超程解除控制线路

华中数控系统的工作原理

所有急停按钮的常闭触点以吊联方式，连接到系统的急停回路中。

在正常情况下，急停按钮处于松开状态，其触点处于常闭状态。

按下急停按钮后，其触点断开，使得系统的急停回路所控制的中间继电器KA断电，而切断移动装置〔如进给轴电机/主轴电机/刀库/架电机等〕的动力电源同时连接在PLC输入端的中间继电器KA的一组常开触点向系统发出急停报警此信号在翻开急停按钮时那么作为系统的复位信号。

外部运行允许

100

+M-SQX-1/X00

201

十P-CB快SB2

超程解除

I

+M-SQX-3/_X01

202

+M-SQZ-1/_X02

204

+M-SQZ-3?

_X03

伺服允许

J3/015

127

J3/ES1

+P-CBD-SB1n

急停°

J3/ES3

128

（EST0P1）/—严

\eST0P3）

继电臟KA9

24Vt-

K23K24

24V1

图3-4急停与超程解除控制原理图

发生超程后系统处于超程报警状态各进给装置的动力电源已被切断为了解除超程用户应按以下步骤操作：

1按住数控装置操作面板上的超程解除按钮使系统复位在解除。

超程前不得松开超程解除按钮。

2手动操作机床的进给轴按正确的方向移动使被压下的超程限位开关松开此时超

程解除按钮上的指示灯将熄灭。

3松开超程解除按钮。

数控系统的参数的比拟

3.3.1FANUC数控系统的参数

1有关"SETTING"的参数

2有关阅读机/穿孔机接口的参数

所有通道共用的参数

有关通道1的参数（1/0=0）

有关通道1的参数（1/0=1）

有关通道2的参数（1/0=2）

3有关POWERMATE管理器的参数

4有关轴控制、设定单位的参数

5有关坐标系的参数

6有关存储式行程检测的参数

7有关进给速度的参数

8有关加减速控制的参数

9有关伺服的参数

10有关DI/DO的参数

11有关MDI、显示