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发那科

FANUC数控系统简介

一、FANUC数控系统的发展

FANUC公司创建于1956年，1959年首先推出了电液步进电机，在后来的若干年中逐步发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发展，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，随时后又与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公司逐步发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部分高级功能的中档CNC系统，6M适合于铣床和加工中心；6T适合于车床。

与过去机型比较，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的基础上同时向抵挡和高档两个方向发展，研制了系统3和系统9。

系统3是在系统6的基础上简化而形成的，体积小，成本低，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的基础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公司又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进，凡是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又减少30%。

由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几百根电缆大幅度减少，提高了抗干扰性和可靠性。

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、自动计划功能、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公司又推出了数控系统0，它的目标是体积小、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、12一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、目录返回功能等。

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一。

1987年FANUC公司又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）、CNC、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、F10/F11/F12、F15、F16、F18系列。

F00/F100/F110/F120/F150系列是在F0/F10/F12/F15的基础上加了MMC功能，即CNC、PMC、MMC三位一体的CNC。

二、FANUC公司数控系统的产品特点如下：

（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，减小体积和降低成本。

（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。

如表面安装技术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。

三、FANUC系统的0系列型号划分：

0D系列：

0—TD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

0—GSD用于平面磨床

0—PD用于冲床

0C系统：

0—TC用于普通车床、自动车床

0—MC用于铣床、钻床、加工中心

0—GCC用于内、外磨床

0—GSC用于平面磨床

0—TTC用于双刀架、4轴车床

POWERMATE0：

用于2轴小型车床

0i系列：

0i—MA用于加工中心、铣床

0i—TA用于车床，可控制4轴

16i用于最大8轴，6轴联动

18i用于最大6轴，4轴联动

160/18MC用于加工中心、铣床、平面磨床

160/18TC用于车床、磨床

160/18DMC用于加工中心、铣床、平面磨床的开放式CNC系统

160/180TC用于车床、圆柱磨床的开放式CNC系统

四、下面我们着重介绍一下FANUC0—TD/TDⅡ系统：

⑴FANUC0—TD/TDⅡ系统的编程：

（其中标有Ⅱ的为TDⅡ所独有的功能）

项目规格项目规格

纸带代码EIA/ISO自动识别坐标系设定

标记跳跃自动坐标系设定

奇偶校验奇偶H，奇偶V坐标系偏移

控制入/出坐标偏移直接输入

程序段选择跳过1段工件坐标系G52、G53~G59

程序段选择跳过9段Ⅱ菜单编程Ⅱ

最大指令值±8位手动绝对开/关

程序号O4位直接图样尺寸编程

顺序号N4位G代码A

绝对/增量编程可在一程序段内用G代码B/CⅡ

FS10/11的纸带格式Ⅱ偏移程序输入G10Ⅱ

小数点输入/计算器型小数点输入调用子程序2重

用户宏程序A

X轴直径半径指定固定循环

平面选择G17、G18、G19复合型固定循环

旋转轴指定仅对附加轴钻孔固定循环Ⅱ

双刀架镜像Ⅱ复合型固定循环2Ⅱ

中断型用户宏程序Ⅱ图案数据输入Ⅱ

用户宏程序公共变量的追加仅用用户宏程序BⅡ指定圆弧半径插补

用户宏程序B不能编辑Ⅱ

旋转轴循环显示功能仅对附加轴

⑵FANUC0—TD/TDⅡ系统的刀具功能：

项目规格项目规格

刀具功能T2/T4刀具几何形状/磨损补偿

刀具补偿存储器±6位、32位刀具偏移量计数器输入

刀具偏置偏移量测定值直接输入A

刀具半径R补偿刀具寿命管理Ⅱ

Y轴偏置Ⅱ自动刀具偏移Ⅱ

偏移量测定值直接输入BⅡ

⑶FANUC0—TD/TDⅡ系统的插补功能：

项目规格项目规格

定位G00每分进给mm/min

直线插补G01每转进给mm/r

圆弧插补多象限G02G03切线速度恒速控制

螺纹切削、同步进给G32切削进给速度钳制

自动返回参考点G28自动加减速度快速进给：

直线型切削进给：

指函数型

返回参考点检测G27

返回第2参考点进给速度倍率0~150%

快速进给速度100m/min倍率取消

快速进给倍率F0、25、50、100%手动连续进给

极坐标差补Ⅱ圆柱差补Ⅱ

螺纹切削中的回退Ⅱ连续螺纹Ⅱ

可变导程螺纹切削Ⅱ多边形切削Ⅱ

跳跃功能G31Ⅱ高速跳跃功能Ⅱ

转矩限制跳跃Ⅱ返回第3/4参考点Ⅱ

外部减速Ⅱ暂停（每秒）

在切削进给差补后的直线加减速Ⅱ

⑷FANUC0—TD/TDⅡ系统的辅助功能和主轴功能：

项目规格项目规格

辅助功能M3位横端面速度控制

辅助功能锁住主轴速度倍率0~120%

高速M/S/T/B接口同PMC控制模拟电压

多个辅助功能3个第1主轴定向

主轴功能S模拟/串行输出实际主轴速度输出Ⅱ

第二辅助功能B8位Ⅱ主轴速度波动检测Ⅱ

第1轴输出开关功能Ⅱ第2主轴定向Ⅱ

第2轴输出开关功能Ⅱ主轴同步控制Ⅱ

主轴定位Ⅱ简单主轴同步控制Ⅱ

多主轴控制Ⅱ刚性攻丝Ⅱ

⑸FANUC0—TD/TDⅡ系统的设定功能/显示功能：

项目规格项目规格

状态显示主轴速度及T代码显示

当前位置显示伺服设定画面

程序显示程序名32个文字主轴设定画面

参数设定显示英语显示

自诊断功能汉语显示

报警显示数据保护键

实际速度时钟功能Ⅱ

文件盒内容列目Ⅱ运行时间和零件数显示Ⅱ

图形功能Ⅱ伺服波形显示Ⅱ

软操作面板Ⅱ软件操作面板通用开关Ⅱ

日语显示Ⅱ德语/法语显示Ⅱ

西班牙语显示Ⅱ意大利语显示Ⅱ

韩语显示Ⅱ

⑹FANUC0—TD/TDⅡ系统的控制轴：

项目规格项目规格

控制轴数2轴存储行程检测2

3轴ⅡPMC轴控制最大2轴Ⅱ

4轴ⅡCs轮廓控制Ⅱ

联动控制轴数2轴镜像每轴

3轴ⅡCf轴控制Ⅱ

4轴ⅡY轴控制Ⅱ

最小控制单位0.001mm—0.001度跟踪

英/米制转换伺服关断

互锁所有轴机械手轮进给

机床锁住所有轴导角接通/关断

急停反向间隙补偿存储

超程存储型螺距误差补偿

存储行程检测1简易同步轴控制Ⅱ

1/10最小输入单位0.0001mm、0.0001度存储行程检测3/4G22/G23Ⅱ

位置开关Ⅱ

⑺FANUC0—TD/TDⅡ系统的编辑操作功能：

项目规格项目规格

自动运行（存储器）JOG进给

调度管理功能要有文件目录显示ⅡMDI运行BⅡ

DNC运行必须有阅读机/穿孔机接口手动返回参考点

JOG、手动轮同时工作

MDI运行无档快设定参考点位置

程序号检索手动手轮进给1台

顺序号检索手动手轮进给速度×1.×10.×m.×nm：

~127.nn：

~1000

缓冲寄存器

试运行增量进给×1.×10.×100.×1000

顺序号比较Ⅱ

M.P.G.2台Ⅱ手动中断Ⅱ

程序的再次启动Ⅱ用机械挡块设置参考点Ⅱ

单程序段

⑻FANUC0—TD/TDⅡ系统的编辑操作功能：

项目规格项目规格

零件程序存储长度80/320m零件程序编辑

存储程序个数63/200个程序保护

后台编辑Ⅱ扩充零件程序编辑Ⅱ

重放Ⅱ

⑼FANUC0—TD/TDⅡ系统的编辑的数据输入/输出功能：

项目规格项目规格

阅读机/穿孔机接口阅读机/穿孔机接口（通道1）外部工件号检索15个

阅读机/穿孔机接口（通道2）Ⅱ

外部数据输入外部程序号检索1~9999

I/O设备的外部控制Ⅱ外部键输入Ⅱ

⑽FANUC0—TD/TDⅡ系统的其他功能：

项目规格项目规格

状态输入信号PLC—L基本命令：

6.0μs最大步数：

5000

9in单色CRT

PLC—M基本命令：

6.0μs最大步数：

5000Ⅱ内装I/O卡DI/DO：

80/56.104/72点.源极型/漏极型

I/O单元ADI/DO：

最大：

1024/1024点Ⅱ

⑾FANUC0系统结构图框：

]

五、FANUC系统部分功能的技术术语及解释：

1、控制轨迹数（ControlledPath）

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、控制轴数（Controlled）

CNC控制的进给伺服轴总数/每一轨迹。

3、联动控制轴数（SimultaneouslyControlledAxes）

每一轨迹同时插补的进给伺服轴数量。

4、PMC控制轴（AxiscontrolbyPMC）

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。

所以这种方法通常只用于移动量固定的进给轴控制。

5、Cf轴控制（CfAxisControl）

车床系统中，主轴的回转位置（转角）控制和其它进给轴相同，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。

6、Cs轮廓控制（Cfcontouringcontrol）（T系列）

车床系统中，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。

此时主轴是作为进给伺服轴工作，运动速度为：

度/分。

并可与其它进给轴同时进行插补，加工出轮廓曲线。

7、回转轴控制（RotaryAxisControl）

将进给轴设定为回转轴作角度位置控制。

回转一周的角度，可用参数设为任意值。

FANUC系统通常只是基本轴以外的进给轴才能设为回转轴。

8、控制轴脱开（ControlledAxisDetach）

指定某一进给伺服轴脱离CNC的控制而无系统报。

报通常用于转台控制。

机床不用转台时，执行该功能交转台电动机的插头拔下，卸掉转台。

9、伺服关断（ServoOff）

用PMC信号将进给伺服轴的电源关断，使其脱离CNC的控制，用手可以自由移动。

但是CNC仍然实时地监视该轴的实际位置。

该功能可用于在CNC机床上用机械手轮控制工作台的移动，或工作台、转台被机械夹紧时以避免进给电动机发生过流。

10、位置跟踪（Follow-Up）

当伺服关断、急停或伺服报警时，若工作台发生机械位置移动。

在CNC的位置误差寄存器中就会有位置误差。

位置跟踪功能就是修改CNC控制器监测的机床位置，使位置误差寄存器中的误差变为零。

当然，是否执行位置跟踪应该根据实际控制的需要而定。

11、增量编码器（IncrementPulseCoder）

回转式（角度）位置测量元件，装于电动机轴或滚珠丝杠上，回转时发出等间隔脉冲表示位移量。

由于码盘上没有零点，所以不能表示机床的位置。

只有在机床回零，建立了机床坐标系的零点后，才能表示出工作台或刀具的位置。

使用时增量编码器的信号输出有两种方式：

串行和并行。

CNC单元与此对应有串行接口和并行接口。

12、绝对值编码器（AbsolutePulseCoder）

回转式（角度）位置测量元件，用途与增量编码器相同。

不同点是这种编码器的码盘上有绝对零点，该点作为脉冲的计数基准。

因此计数值既可以反映位移量也可以实时地反映机床的实际位置。

另外，关机后机床的位置也不会丢失。

开机后不用回零点，即可立即投入加工运行。

与增量编码器一样，使用时应注意脉冲信号的串行输出与并行输出，以便函与CNC单元的接口相配（早期的CNC系统无串行口）。

13、FSSB（FANUC串行伺服总线）

FANUC串行伺服总线（FANUCSerialServoBus）是CNC单元与伺服放大器间的信号高速传输总线。

使用一条光缆可以传递4—8个轴的控制信号，因此，为了区分各个轴，必须设定有关参数。

14、简易同步控制（SimpleSynchronousControl）

两个进给轴一个是主动轴，另一个是从动轴。

主动轴接收CNC的运动指令，从动轴跟随主动轴运动，从而实现两个轴的同步移动。

CNC随时监视两个轴的移动位置，但是并不对两者的误差进行补偿，如果两个轴的移动位置超参数的设定值，CNC即发出报警，同时停止各轴的运动。

该功能用于大工作台的双轴驱动。

15、双驱动控制（TandemControl）

对于大工作台，一个电动机的力矩不足驱动时，可以用两个电动机，这就是本功能的含义。

两个轴中一个是主轴，另一个是从动轴。

主动轴接收CNC的控制指令，从动轴增加驱动力矩。

16、同步控制（SynchronousControl）（T系列的双迹系统）

双轨迹的车床系统，可以实现一个轨迹的两个轴的同步，也可实现两个轨迹的两个轴的同步。

同步控制方法与上述“简易同步控制”相同。

17、混合控制（CompositeControl）（T系列的双迹系统）

双轨迹的车床系统，可以实现两个轨迹的轴移动指令的互换，即第一轨迹的程序可以控制第二轨迹的轴运动；第二轨迹的程序可以控制第一轨迹的轴运动。

18、重叠控制（SuperimposedControl）（T系列的双迹系列）

双轨迹的车床系统，可以实现两个轨迹的轴移动指令同时执行。

与同步控制的不同点是：

同步控制中只能给主动轴运动指令，而重叠控制既可给主动轴送指令，也可给从动轴送指令。

从动轴的移动量为本身的移动量与主动轴的移动量之和。

19、B轴控制（B—Axiscontrol）（T系列）

B轴是车床系统的基本轴（X，Z）以外增加的一个独立轴，用于车削中心。

其上装有动力主轴，因此可以实现钻孔、镗孔或与基本轴同时工作实现复杂工件的加工。

20、卡盘/尾架的屏障（Chuck/TailstockBarrier）（T系列）

该功能是在CNC的显示屏上有一设定画面，操作员根据卡盘和尾架的形状设定一个刀具禁入区，以防止刀尖与卡盘和尾架碰撞。

21、刀架碰撞检查（Toolpostinterferencecheck）（T系列）

双迹车床系统中，当用两个刀架加工一个工件时，为避免两个刀架的碰撞可以使用该功能。

其原理是用参数设定两刀架的最小距离，加工中时时进行检查。

在发生碰撞之前停止刀架的进给。

22、异常负载检测（Abnormalloaddetection）

机械碰撞、刀具磨损或断裂会对伺服电动机及主轴电动机造成大的负载力矩，可能会损害电动机及驱动器。

该功能就是监测电动机机的负载力矩，当超过参数的设定值时提前使电动机停止并反转退回。

23、手轮中断（Manualhandleinterruption）

在自动运行期间摇动手轮，可以增加运动轴的移动距离。

用于选种或尺寸的修正。

24、手动干预及返回（Manualinterventionandreturn）

在自动运行期间，用进给暂停使进给轴停止。

然后用手动将该轴移动到某一位置做一些必要的操作（如换刀）。

操作结束后按下自动加工启动按钮即可返回原来的坐标位置。

25、手动绝对值开/关（ManualabsoluteON/OFF）

该功能用来决定在自动运行时，进给暂停后用手动移动的坐标值是否加到自动运行的当前位置值上。

26、手摇轮同步进给（Handlesynchronousfeed）

在自动运行时，刀具的进给速度不是由加工程序指定的速度，而是与手摇脉冲发生器的转动速度同步。

27、手动方式数字指令（Manualnumericcommand）

CNC系统设计了专用的MDI画面。

通过该画面用MDI键盘输入运动指令（G00，G01等）和坐标轴的移动量，由JOG（手动连续）进给方式执行这些指令。

28、主轴串行输出/主轴模拟输出（Spindleserialoutput/Spindleanalogoutput）

主轴控制有两种接口：

一种是按串行方式传送数据（CNC给主轴电动机的指令）的接口称为串行输出；另一种是输出模拟电压量作为主轴电动机指令的接口。

前一种必须使用FANUC的主轴驱动单元和电动机，后一种用模拟量控制的主轴驱动单元（如变频器）和电动机。

29、主轴定们（Spindlepositioning）（T系统）

这是车床主轴的一种工作方式（位置控制方式）。

用FANUC主轴电动机和装在主轴上的位置编码器，实现固定角度的间隔的圆周上的定位或主轴任意角度的定位。

30、主轴定向

为了执行主轴定位或者换刀，必须将机床主轴在回转的圆周方向定位于某一转角上，作为动作的基准点。

CNC的这一功能就称为主轴定向。

FANUC系统提供了以下3种方法：

用位置编码器定向和用磁性传感器定向和用外部一转信号（如接近开关）定向。

31、Cs轴轮廓控制（CsContourcontrol）

Cs轮廓控制是将车床的主轴控制变为位置控制，实现主轴按回转角度的定位。

并可与其它进给轴插补以加工出形状复杂的工件。

Cs轴控制必须使用FANUC的串行主轴电动机，在主轴上要安装高分辨率的脉冲编码器。

因此，用Cs轴进行主轴的定位要比上述的主轴定位精度高。

32、多主轴控制（Multi—spindlecontrol）

CNC除了控制第一主轴外，还可以控制其它的主轴，最多可控制4个（取决于系统）。

通常是两上串行主轴和一个模拟主轴。

主轴的控制命令S由PMC（梯形图）确定。

33、刚性攻丝（Rigidtapping）

攻丝操作不使用浮动夹头而是由主轴的回转与攻丝进给轴的同步运行实现。

主轴回转一转，攻丝轴的进给量等于丝锥的螺距，这样可提高精度和效率。

要实现刚性攻丝，主轴上必须装有位置编码器（通常是1024脉冲/每转），并要求编制相应的梯形图，设定有关的系统参数。

铣床、车床（车削中心）都可实现刚性攻丝。

但车床不能像铣床一样实现反攻丝。

34、主轴同步控制（Spindlesynchronouscontrol）

该功能可实现两个主轴（串行）的同步运行。

除速度同步回转外，还可实现回转相位的同步。

利用相位同步，在车床上可用两个主轴夹持一个形状不规则的工件。

根据CNC系统的不同，可实现一个轨迹内的两个主轴的同步，也可实现两个轨迹中的两个主轴的同步。

按受CNC指令的主轴称为主主轴，跟随主主轴同步回转的称为从主轴。

35、主轴简易同步控制（Simplespindlesynchronouscontrol）

两个串行主轴同步运行，接受CNC指令的主轴为主主轴，跟随主主轴运转的为从主轴。

两个主轴同时以相同转速回转，可同时进行刚性攻丝、定位或Xs轴轮廓插补等操作。

与上述的主轴同步不同