机床软件设计中的基本参数初步确定步骤

图4.1-1 CNC控制系统设计的一般步骤

CNC系统的工程设计一般按图4.1-1所示的总体设计、技术设计、技术文件编制3步进行，其中技术设计一般分为原理设计、安装连接设计、软件设计3步，设计还可能需要根据系统调试中出现的问题进行必要修改。

1.总体设计

总体设计包括确定系统方案与设计计算两部分内容。系统方案要根据机床的技术性能、控制要求和价格确定。其中选定CNC生产厂家与产品系列至关重要，它不仅直接决定了机床性能和档次，而且还关系到安全可靠运行、设备维修服务等。选择CNC除应考虑设计、使用者习惯、熟悉程度、采购配套、技术服务等因素外，应特别注重CNC的可靠性。

我国数控机床的曲折发展道路证明，不能保证长时间可靠使用的CNC，决不可作为数控机床的配套推向市场。因此，从目前国内外CNC的产品性能、水平及用户认可程度等方面看，北京凯恩蒂公司和广州数控设备厂所生产的国产CNC，虽然在性能、外观等方面上和国外产品比较存在一定差距，但其可靠性已取得了绝大多数用户的认可，是国产普及型数控机床普遍使用的经济性产品。在进口CNC中，FANUC公司产品无疑是世界公认的著名品牌，此外，三菱、安川等日本企业生产的CNC也较符合我国的国情。

主轴驱动系统设计、伺服进给系统设计不仅影响数控机床的加工精度和效率，而且在很大程度上影响生产制造成本，因此，需要根据机床的实际要求，通过设计、计算合理选择，有关内容将在本章后述的内容中详细阐述。

2.原理设计

总体设计确定后，首先需要进行的是技术设计阶段的原理设计，对于电气控制系统，原理设计主要需要完成电路图（Circuit Diagram，又称电气原理图）的设计。电路图是系统软件设计、安装与连接设计、系统调试与维修的指导性文件和最重要的技术资料，它完整地体现了CNC系统的设计思想与要求，系统中所使用的任何电器元件以及它们间的连接要求及主要规格参数等均应在电路图上得到全面、准确的反映。

电路图设计应遵循国际、国家或行业的标准与规范，涉及安全性、可靠性的准则绝不可违背。控制系统的主电路、安全电路、控制电路等外围电路的设计，是关系CNC系统安全可靠运行，决定设计成败的关键，应引起足够的重视。CNC生产厂家所提供的使用手册是电路图设计的重要参考资料，设计时应认真阅读，保证设计的电路图能够符合CNC生产厂家的要求。

电气原理图设计完成后，可进行控制器件的选择，器件应汇编成完整的目录与清单（明细表），以提供生产、供应部门组织生产与采购。

3.软件设计

CNC系统的软件设计包括CNC、伺服驱动、主轴驱动器的参数确定，PMC用户程序设计等，这一工作也可与安装连接设计同时进行。

软件设计应根据机床的功能、技术指标及CNC、伺服驱动、主轴驱动的规格，初步确定CNC、伺服与主轴驱动的基本参数，并且列出参数的清单。对于需要在调试过程中确定的参数，如间隙补偿、丝杠螺距误差补偿、参考点偏移量等，可事先确定丝杠螺距误差补偿的间隔、参考点位置的大致值，并将间隙、丝杠螺距误差补偿、参考点偏移量等值设定为0，以待调试阶段最终确定。(www.xing528.com)

PMC程序设计是全功能CNC系统软件设计的主要工作，它需要根据CNC与PMC间的信号及电路图中规定的I/O地址，按CNC的功能和机床的动作要求，编写完整的PMC程序。为了方便调试、维修，设计阶段需要编写完整的PMC程序说明、I/O地址表、注释表等辅助技术文件。

CNC系统的PMC程序不仅要满足机床本身的动作要求，而且需要保证CNC功能的实现，因此，PMC程序中的大量内容是为协调CNC与机床动作而设计，这样才能使通用的CNC成为用于特定对象的控制器。

由于功能简单，国产普及型CNC的参数较少，PMC程序设计较为简单有的CNC甚至无内置PMC，这样的CNC可简化甚至省略软件设计步骤。有关FS-0iD的PMC程序设计内容，将在本书的第8、9章进行详细阐述。

4.安装连接设计

安装连接设计的目的是保证设备长时间安全可靠运行，指导和规范现场施工，其主要内容是确定电气元器件的安装位置、系统的连接方法，并设计相应的电气柜、操作台、分线盒等安装部件。

保证安全、有效散热、预防干扰是安装连接设计需要特别重视的问题。CNC虽是一种可靠性很高的工业控制装置，但作为计算机控制装置，它对安装环境与使用条件仍有一定的要求，特别连线、电缆布置对系统的可靠性有较大的影响，在设计阶段需要予以重视。为了保证CNC的可靠工作，设计时不但要考虑CNC的温度、湿度、振动与冲击、海拔等环境要求，而且需要对电气柜、操纵台的内部元器件安装与布置进行合理设计。

电气柜和操纵台应综合考虑设备的安装、操作、维修等要求，安装高度、操纵高度、内部元器件的绝缘间距、电气防护措施等必须执行有关标准，并且符合人机工程学原理。电气柜和操纵台应有足够的安装、维修空间；内部元器件的布置应整齐美观、便于散热、减小干扰；安装CNC、驱动器等部件的电气柜、操纵台原则上应密封。

电气控制柜、操纵台的设计必须考虑散热，在工作环境较差的场合，需要安装空调或热交换器。有关散热计算和空调或热交换器的计算可参见本章后述。

5.系统调试

CNC系统的调试是检查电路图设计、优化CNC参数和PMC程序、提高可靠性的重要步骤。在调试阶段，应以保证系统安全、可靠运行为最高准则，任何影响系统安全性与可靠性的设计，都必须予以修改。CNC系统的调试主要包括CNC功能调试、坐标轴调试、主轴调试、辅助动作的调试、精度测试、空运行试验等，有关内容将在本书作者编写的《FANUC-0iD调试与维修》一书中详细介绍。

6.技术文件编制

在机床调试完成后，设计人员需要进行技术文件的编制工作，例如，修改电路图、安装连接图，编写机床使用说明书，备份CNC参数和PMC程序，记录CNC和伺服、主轴驱动器的设定状态等。

技术文件的编写应正确、全面，必须保证图样与实物一致，电气原理图、用户程序、设定参数必须为调试完成后的最终版本。文件的编写应规范、系统，尽可能为设备使用者以及今后的维修工作提供方便。