基于西門子802C數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)數(shù)控車床實訓臺

1、畢業(yè)設計說明書 基于西門子802C數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)數(shù)控車床實訓臺機械工程與自動化學院XXX學生姓名： 學號： 機械電子工程學 院： XXX專 業(yè)： 指導教師： 2011年 5 月基于西門子802C數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)數(shù)控車床實訓臺摘 要隨著科學技術的不斷進步設社會生產(chǎn)力的不斷斷發(fā)展，以數(shù)控技術為基礎的先進制造技術正以較快的速度逐步取代傳統(tǒng)的機械制造技術 ,這已成為當今機械制造技術發(fā)展的趨勢。數(shù)控機床在制造業(yè)中的大量應用 ,使社會對能熟練掌握數(shù)控機床的操作 ,編程及維修的工程應用人才的需求量越來越大 。近年來各院校相應開出的數(shù)控專業(yè) ,便從教育的層面上反映出社會的這種需求。然而這也向我們提出了數(shù)控教學如何培

2、養(yǎng)適應工程應用的數(shù)控人才的問題 。數(shù)控人才的培養(yǎng)離不開實踐操作，而現(xiàn)今真正投入生產(chǎn)的數(shù)控設備價格一般都很昂貴，因此研究和開發(fā)一套用于經(jīng)濟適用的數(shù)控仿真實訓臺就變得很有必要。本設計是基于西門子公司的SINUMERIK 802C數(shù)控車床實訓臺開發(fā)設計，首先應了解和掌握了西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理、控制方式等知識后根據(jù)它配備伺服系統(tǒng)、主軸控制系統(tǒng)和輔助運動控制系統(tǒng)，通過查閱資料對車床實訓臺的硬件進行選擇，了解各個模塊的工作原理，并設計外部硬件線路，最終設計出能完成演示主軸控制、進給運動控制、輔助裝置控制等功能，符合學校教學實際需求的專用實驗設備。不僅可作為數(shù)控車床電氣故障的維修實訓設備，

3、也可作為數(shù)控車床的實際加工操作實訓設備。該裝置可以使學生掌握數(shù)控車床系統(tǒng)控制原理、電氣設計方法、元器件的選擇、車床電氣安裝及調(diào)試、故障診斷維修、零件程序編制及圖形模擬加工過程等多項實驗內(nèi)容，達到工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場實習效果。操作過程與實際生產(chǎn)接軌，而且經(jīng)濟實用，不僅解決了學員培訓費用高的問題，而且更能體現(xiàn)仿真操作的真實性，使教學效果得到明顯提高。關鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)，車床，伺服系統(tǒng)，控制Based on simens 802C CNC system development training sets CNC latheAbstract：With the continuous progress of sci

4、ence and technology set ever-breaking development of social productive forces，advanced manufacturing technology is based on the numerical control technology at a faster rate gradually replaced the traditional mechanical manufacturing technology，which has become the trend of mechanical manufacturing

5、technology developmentCNC machine tool used in manufacturing industry, enabling the community to skilled in CNC machine tool operation，programming and maintenance of engineering application talents demand is growingIn recent years the institutions appropriate to write NC professional，from the level

6、of education reflects this demand of the communityBut it also put forward to us how the teaching of numerical control training project on the application of numerical control talentsCNC talents training cannot be separated from practice，and today the real production of CNC equipment prices are gener

7、ally very expensive，so research and development of a system for economical numerical control imitating real training will become necessaryThis design is based on Siemens company of SINUMERIK 802C NC lathe real training Taiwan development design，first should has solutions and master has Siemens 802C

8、NC system of structure，and work principle, and control way, knowledge Hou under it equipped with servo system，and spindle control system and secondary movement control system，by inspection information on lathe real training Taiwan of hardware for select，understanding each module of work principle，an

9、d design external hardware line，eventually design out can completed demonstrates spindle control，and into to movement control，and secondary device control，function，meet school teaching actual demand of dedicated experimental deviceNot only can be used as electrical faults of NC lathe repair training

10、 equipment，or as actual machining of numerical control lathe operation training devicesThe appliance can make students master the electrical design of NC lathe system control theory，methods，components selection，lathe of fault diagnosis of electrical installation and commissioning，maintenance，program

11、ming and graphic simulation of machining process of parts and many other experimental content，reach industrial production practiceProcedure into line with actual production，and economical and practical，not only solve the problem of the high cost of training，but also to reflect the authenticity of th

12、e simulation operation，for teaching to be improved significantlyKeyword：Nc system，Lathe，Servo system，Control 目 錄1 緒論111 機床的產(chǎn)生與發(fā)展11.1.1 機床的產(chǎn)生11.1.2 機床的發(fā)展112 我國數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀及前景213 本課題的研究背景及意義32 西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的介紹521 西門子802C數(shù)控系統(tǒng)概述522 西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的組成52.2.1 基本面板52.2.2 NC鍵盤區(qū)62.2.3 機床控制面板72.2.4 LCD顯示區(qū)92.2.5 主要軟件功能1

13、03 數(shù)控車床實訓臺的性能要求1231 數(shù)控機床的工作原理及組成123.1.1 數(shù)控機床的工作原理123.1.2 數(shù)控機床的組成1332 數(shù)控車床的特點163.2.1 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)特點163.2.2 數(shù)控機床的加工特點1633 數(shù)控車床實訓臺的設計要求173.3.1 數(shù)控機床實訓臺的控制功能173.3.2 數(shù)控機床實訓臺的操作功能173.3.3 數(shù)控機床實訓臺的診斷功能183.3.4 數(shù)控機床實訓臺的基本配置183.3.5 數(shù)控機床實訓臺的要達到的實訓項目184 數(shù)控車床實訓臺硬件系統(tǒng)實現(xiàn)1941 數(shù)控車床實訓臺硬件系統(tǒng)的設計原則1942 數(shù)控車床實訓臺硬件系統(tǒng)的硬件選擇194.2.1 伺服

14、驅(qū)動器的選擇194.2.2 變頻器的選擇214.2.3 進給軸伺服電機的選擇224.2.4 主軸電機的選擇234.2.5 實訓臺必需的其他組件244.3 實訓臺的硬件的連接254.3.1 系統(tǒng)概述254.3.2 系統(tǒng)的接線254.3.3 電源模塊304.3.4 伺服模塊314.3.5 主軸模塊334.3.6 PLC與自動換刀控制355 實訓臺的操作3751 實訓臺基本操作375.1.1 安全上電操作375.1.2 NC的啟動方式385.1.3 數(shù)據(jù)保護395.1.4 報警診斷395.1.5 口令設定操作395.1.6 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲操作405.1.7 NC啟動操作4052 進給驅(qū)動單元的調(diào)試與應

15、用415.2.1 伺服電機的工作原理和特點415.2.2 實訓臺進給模塊介紹415.2.3 系統(tǒng)相關參數(shù)說明4353 主軸變頻器的調(diào)試與應用435.3.1 變頻器說明書的有關內(nèi)容435.3.2 主軸參數(shù)設置及變頻器的部分操作演示456 結(jié)論48參 考 文 獻49致 謝501 緒論11 機床的產(chǎn)生與發(fā)展1.1.1 機床的產(chǎn)生隨著科技的不斷發(fā)展，對各種產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率提出了高要求。產(chǎn)品加工過程的自動化是實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的重要措施。飛機、汽車等生產(chǎn)企業(yè)大多采用自動機床、組合機床和自動生產(chǎn)線，從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率和減輕了操作者的勞動強度。但是在產(chǎn)品加工中，單件、小批量生產(chǎn)的零件約占

16、總量的80%以上。對這些多品種、小批量、形狀復雜。精度要求高的零件的加工，采用專業(yè)程度高的自動機床和自動生產(chǎn)線就很不合適。在市場經(jīng)濟的大潮中，產(chǎn)品競爭日趨激烈，為求得生存與發(fā)展，各企業(yè)紛紛在提高產(chǎn)品的技術檔次、增加產(chǎn)品種類、縮短試制與生產(chǎn)周期和提高產(chǎn)品質(zhì)量上下功夫，即使批量較大的產(chǎn)品，也不大可能多年不變，必須經(jīng)常開發(fā)新產(chǎn)品，頻繁地更新?lián)Q代。傳統(tǒng)的自動化生產(chǎn)線難以適應小批量、多品種的生產(chǎn)要求。為了解決上述問題，一種靈活、高精度、高效率的自動化設備數(shù)控機床應運而生。1952年美國帕森斯公司和麻省理工學院在美空軍的委托下，合作研制了世界上第一臺三坐標數(shù)控銑床，完成了直升飛機葉片輪廓檢查用樣板的加工。

17、這是一臺采用專用計算機進行運算與控制的直線插補輪廓控制銑床。經(jīng)過三年的試用、改造與提高，數(shù)控機床于1955年進入實用化階段，在復雜曲面的加工中發(fā)揮了重要的作用。盡管這種初期數(shù)控機床采用電子管和分立元件硬接線電路來進行運算和控制，提及龐大而功能單一，但它采用了先進的數(shù)字控制技術，具有強大的生命力，它的出現(xiàn)開辟了工業(yè)生產(chǎn)技術的新紀元。從此，數(shù)控機床在全世界得到了迅速發(fā)展。1.1.2 機床的發(fā)展最早采用數(shù)字控制技術進行機械幾個的想法是在20世紀40年代初提出的。當時，美國北密執(zhí)安的一個小型飛機工業(yè)承包商帕森斯公司在制造飛機框架及直升飛機葉片輪廓用樣板時，利用計算機對葉片輪廓的加工路徑進行了數(shù)據(jù)處理，

18、并考慮了刀具半徑對加工路徑的影響，使得加工精度達到了0.0015mm。1952年，美國麻省理工學院研制出的三坐標聯(lián)動利用脈沖乘法器原理的試驗性數(shù)字控制系統(tǒng)是數(shù)控機床的第一代。1959年，電子行業(yè)研制出晶體管元件，因而控制系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印刷電路板技術，跨入第二代。1959年3月，由美國耐杜列克公司發(fā)明了帶有自動換刀裝置的數(shù)控機床，成為“加工中心”。1960年，出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路，由于其體積小、功耗低，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性進一步提高，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。以上三代都是采用專業(yè)控制的硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)，也稱NC系統(tǒng)。1967年，英國首先把幾臺數(shù)控機床連接成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是最初的FS（

19、Flexible Manufacturer System）柔性制造系統(tǒng)。隨著計算機技術的發(fā)展，小型計算機開始取代專業(yè)控制的硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)（NC），數(shù)控的許多功能由軟件程序?qū)崿F(xiàn)。由計算機作控制單元的數(shù)控系統(tǒng)（CNC），稱為第四代。1970年前后，美國英特爾公司開發(fā)和使用了微處理器。1974年，美、日等國首先研制出以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機床。20多年來，微處理器數(shù)控系統(tǒng)得到了飛速發(fā)展和廣泛應用，這就是第五代數(shù)控（MNC），然而后來也將MNC也成為CNC。20世紀80年代初，國際上又出現(xiàn)了柔性制造單元FMC。FMC和FMS被認為是實現(xiàn)計算機集成制造系統(tǒng)CIMS的基礎。數(shù)字控制系統(tǒng)的許多優(yōu)

20、點使數(shù)控機床得到了廣泛發(fā)展，數(shù)控技術還被廣泛應用于工業(yè)機器人、數(shù)控切割機、數(shù)控火花切割機、坐標測量機、繪圖儀等設備上。12 我國數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀及前景隨著電子信息技術的發(fā)展，世界機床業(yè)已進入了以數(shù)字化制造技術為核心的機電一體化時代，其中數(shù)控機床就是代表產(chǎn)品之一。數(shù)控機床是制造業(yè)的加工母機和國民經(jīng)濟的重要基礎。它為國民經(jīng)濟各個部門提供裝備和手段，具有無限放大的經(jīng)濟與社會效應。目前，歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化進程，而中國從20世紀80年代開始起步，仍處于發(fā)展階段。 “十五”期間，中國數(shù)控機床行業(yè)實現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量2001年為17521臺，2002年24803臺，200

21、3年36813臺，2004年51861臺，2004年產(chǎn)量是2000年的3.7倍，平均年增長39；2005年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量59639臺，接近6萬臺大關，是“九五”末期的4.24倍?！笆濉逼陂g，中國機床行業(yè)發(fā)展迅猛的主要原因是市場需求旺盛。固定資產(chǎn)投資增速快、汽車和機械制造行業(yè)發(fā)展迅猛、外商投資企業(yè)增長速度加快所致。 2006年，中國數(shù)控金切機床產(chǎn)量達到85756臺，同比增長32.8%，增幅高于金切機床產(chǎn)量增幅18.4個百分點，進而使金切機床產(chǎn)值數(shù)控化率達到37.8%，同比增加2.3個百分點。此外，數(shù)控機床在外貿(mào)出口方面亦業(yè)績驕人，全年實現(xiàn)出口額3.34億美元，同比增長63.14%，高于全部金

22、屬加工機床出口額增幅18.58個百分點。 2007年，中國數(shù)控金切機床產(chǎn)量達123,257臺，數(shù)控金屬成形機床產(chǎn)量達3,011臺；國產(chǎn)數(shù)控機床擁有量約50萬臺，進口約20萬臺。 2008年10月，中國數(shù)控機床產(chǎn)量達105,780臺，比2007年同比增長2.96。 長期以來，國產(chǎn)數(shù)控機床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進展緩慢，高檔依靠進口的局面，特別是國家重點工程需要的關鍵設備主要依靠進口，技術受制于人。究其原因，國內(nèi)本土數(shù)控機床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在產(chǎn)品設計水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國外先進水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技術方面的差距則達到了10-15年。同時中國在應用技術及技

23、術集成方面的能力也還比較低，相關的技術規(guī)范和標準的研究制定相對滯后，國產(chǎn)的數(shù)控機床還沒有形成品牌效應。同時，中國的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術培訓、服務網(wǎng)絡等支撐體系，市場營銷能力和經(jīng)營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 國外公司在中國數(shù)控系統(tǒng)銷量中的80以上是普及型數(shù)控系統(tǒng)。如果我們能在普及型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品快速產(chǎn)業(yè)化上取得突破，中國數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)就有望從根本上實現(xiàn)戰(zhàn)略反擊。同時，還要建立起比較完備的高檔數(shù)控系統(tǒng)的自主創(chuàng)新體系，提高中國的自主設計、開發(fā)和成套生產(chǎn)能力，創(chuàng)建國產(chǎn)自主品牌產(chǎn)品，提高中國高檔數(shù)控系統(tǒng)總體技術

24、水平?！笆濉逼陂g，中國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)將步入快速發(fā)展期，中國數(shù)控機床行業(yè)面臨千載難逢的大好發(fā)展機遇，根據(jù)中國數(shù)控車床以往消費數(shù)量，通過模型擬合，預計到2015年數(shù)控車床銷售數(shù)量將達18萬臺，年均增長率為達16%以上。在技術方面也將得到大幅度提高，現(xiàn)在國外的部分技術壟斷現(xiàn)象也將得到有效緩解，真正意義上實現(xiàn)從“中國制造”到“中國創(chuàng)造”的轉(zhuǎn)型。13 本課題的研究背景及意義隨著科學技術的不斷進步設社會生產(chǎn)力的不斷斷發(fā)展，以數(shù)控技術為基礎的先進制造技術正以較快的速度逐步取代傳統(tǒng)的機械制造技術 ,這已成為當今機械制造技術發(fā)展的趨勢。數(shù)控機床在制造業(yè)中的大量應用 ,使社會對能熟練掌握數(shù)控機床的操作 ,編程及

25、維修的工程應用人才的需求量越來越大 。近年來各院校相應開出的數(shù)控專業(yè) ,便從教育的層面上反映出社會的這種需求。然而這也向我們提出了數(shù)控教學如何培養(yǎng)適應工程應用的數(shù)控人才的問題 。數(shù)控人才的培養(yǎng)離不開實踐操作，而現(xiàn)今真正投入生產(chǎn)的數(shù)控設備價格一般都很昂貴，因此研究和開發(fā)一套用于經(jīng)濟適用的數(shù)控仿真實訓臺就變得很有必要。基于西門子802C數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)的數(shù)控車床實訓臺不僅可作為數(shù)控車床電氣故障的維修實訓設備，也可作為數(shù)控車床的實際加工操作實訓設備。該裝置可以使學生掌握數(shù)控車床系統(tǒng)控制原理、電氣設計方法、元器件的選擇、車床電氣安裝及調(diào)試、故障診斷維修、零件程序編制及圖形模擬加工過程等多項實驗內(nèi)容，達到工

26、業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場實習效果。該裝置采用開放式結(jié)構(gòu)、模塊化設計，既可用于教學、也可用于課程設計、畢業(yè)設計和實訓，有利于提高學生設計數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)、診斷數(shù)控設備故障的能力，使受訓對象最大限度地適應和滿足市場需求。該裝置也可以幫助科研技術人員進一步了解數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)，同時也為技術人員進行數(shù)控車床系統(tǒng)的二次開發(fā)提供了必要條件。操作過程與實際生產(chǎn)接軌，而且經(jīng)濟實用，不僅解決了學員培訓費用高的問題，而且更能體現(xiàn)仿真操作的真實性，使教學效果得到明顯提高。2 西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的介紹21 西門子802C數(shù)控系統(tǒng)概述SINUMERIK 802C base line是在SINUMERIK 802C基礎上新開發(fā)的全

27、功能說控系統(tǒng)，它可以控制2到3個伺服電機進給軸和一個伺服主軸或變頻主軸，連接SIMODRIVE 611U或SIMODRIVE base line.當系統(tǒng)匹配SIMODRIVE 611U或SIMODRIVE base line時連接1FK7系統(tǒng)伺服電機。它主要由：CNC控制器、驅(qū)動器和電機、電纜這三大部分組成。它具有結(jié)構(gòu)緊湊，高度集成于一體的數(shù)控單元，操作面板，機床操作面板和輸入輸出單元機床調(diào)試配置數(shù)據(jù)少，系統(tǒng)與機床匹配更快速、更容易簡單而友好的編程界面，保證了生產(chǎn)的快速進行，優(yōu)化了機床的使用西門子802C base line集成了所有的CNC、PLC、HMI、IO于一身可獨立于其他部件進行安裝

28、等優(yōu)點。正如下圖1-1所示，西門子802C數(shù)控系統(tǒng)在西門子公司數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品中擁有高性能、低價位的特性，一直以來備受人們的青睞。圖1-1 西門子公司數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)22 西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的組成2.2.1 基本面板西門子802C系統(tǒng)具有獨立的操作面板及 N C部分，其顯著的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，機床調(diào)試配置數(shù)據(jù)少，系統(tǒng)與機床匹配更快速、更容易，簡單而友好的編程界面保證了生產(chǎn)的快速進行，優(yōu)化了機床的使用。SIEMENS 802C 數(shù)控系統(tǒng)的操作面板可分為三個區(qū)：LCD顯示區(qū)、NC鍵盤區(qū)、機床控制面板（MCP）區(qū)。見圖2-1。圖2-1 802C操作面板2.2.2 NC鍵盤區(qū) 圖2-2 NC鍵盤區(qū)各功能

29、鍵說明：1）加工顯示鍵：按此鍵后，屏幕立即回到加工顯示的畫面，在此可以看到當前各軸的工作狀態(tài)。2）返回鍵：返回到上一級菜單。3）軟鍵：在不同的屏幕狀態(tài)下，操作對應的軟鍵，可以執(zhí)行相應的操作。4）刪除/退格鍵：在程序編輯畫面時，按此鍵刪除（退格）清除前一字符。5）報警應答鍵：報警出現(xiàn)時，按此鍵可以消除報警（取決于報警級別）。6）光標向上鍵/向上翻頁（上檔）鍵。7）菜單擴展鍵：進入同一級的其他菜單畫面。8）區(qū)域轉(zhuǎn)換鍵：按此鍵后立即回到主界面。9）垂直菜單鍵：在某些特殊畫面，按此鍵可垂直顯示選項。10）光標向右鍵。11）光標向下鍵/向下翻頁（上檔）鍵。12）回車/輸入鍵：按此鍵確認所輸入的參數(shù)或換行

30、。13）選擇/切換鍵：在設定參數(shù)時，按此鍵可以選擇或轉(zhuǎn)換參數(shù)。14）空格鍵：在編輯程序時，按此鍵插入空格。15）光標向左鍵。16）字符鍵：用于字符輸入，上檔鍵可轉(zhuǎn)換對應字符。17）上檔鍵：按數(shù)字鍵或字符鍵時，同時按此鍵可使數(shù)字/字符的左上角字符生效。18）數(shù)字鍵：用于數(shù)字輸入。2.2.3 機床控制面板各按鍵功能說明：基本功能區(qū)：1）POK（綠燈）：電源上電，燈亮表示電源正常供電。2）ERR（紅燈）：系統(tǒng)故障，此燈亮表示CNC出現(xiàn)故障。3）DIA（黃燈）：診斷。該燈顯示不同的診斷狀態(tài)，正常狀態(tài)時閃爍頻率為1：14）急停開關5）K1K12用戶自定義鍵（帶LED）：用戶可以編寫PLC程序進行鍵的定義

31、。 圖2-3 機床控制面板區(qū)運行方式鍵：6）增量選擇鍵：在JOG方式（手動運行方式）下，按此鍵可以進行增量方式的選擇，范圍為：1，10，100，1000。7）點動方式鍵：按此鍵切換到手動方式。8）回參考點鍵：在此方式下運行回參考點。9）自動方式鍵：按此鍵切換到自動加工方式，按照加工程序自動運行。10）單段運行鍵：按此鍵設定單段方式，程序按單段運行。11）手動數(shù)據(jù)鍵：在此方式下手動編寫程序，然后自動執(zhí)行。主軸鍵：12）主軸正轉(zhuǎn)鍵：按此鍵，主軸正方向旋轉(zhuǎn)。13）主軸停止鍵：按此鍵，主軸停止轉(zhuǎn)動。14）主軸反轉(zhuǎn)鍵：按此鍵，主軸反方向旋轉(zhuǎn)。倍率鍵：15）進給軸倍率增加鍵（帶LED）：按動此鍵，進給軸倍

32、率增大。當進給軸倍率大于100%時LED亮，達到120%時（最大）LED閃爍。16）主軸倍率增加鍵（帶LED）：按動此鍵，主軸倍率增大。當主軸倍率大于100%時LED亮，達到120%時（最大）LED閃爍。17）進給軸倍率100%鍵：按此鍵大于系統(tǒng)所設定的時間值（缺省值為1.5秒）時，進給軸倍率直接變?yōu)?00%。18）主軸倍率100%鍵：按此鍵大于系統(tǒng)所設定的時間值（缺省值為1.5秒）時，主軸倍率直接變?yōu)?00%。19）進給軸倍率減少鍵（帶LED）：按動此鍵，進給軸倍率減少。按此鍵大于系統(tǒng)所設定的時間值（缺省值為1.5秒）時，進給軸倍率直接變?yōu)?%。進給軸倍率在0%-100%時LED燈亮，降為0

33、%時（最?。㎜ED閃爍。20）主軸倍率減少鍵（帶LED）：按動此鍵，主軸倍率減少。按此鍵大于系統(tǒng)所設定的時間值（缺省值為1.5秒）時，進給軸倍率直接變?yōu)?0%。進給軸倍率在50%-100%時LED燈亮，降為50%時（最?。㎜ED閃爍。點動鍵：21）X軸正向點動鍵：在手動方式下按動此鍵，X軸向正方向點動。22）Z軸正向點動鍵：在手動方式下按動此鍵，Z軸向正方向點動。23）快速運行疊加鍵：在手動方式下，同時按此鍵和一個坐標軸點動鍵，坐標軸按快速進給速度點動。24）Z軸負向點動鍵：在手動方式下按動此鍵，Z軸向負方向點動。25）X軸負向點動鍵：在手動方式下按動此鍵，X軸向負方向點動。啟動/停止鍵：26

34、）復位鍵：按此鍵，系統(tǒng)復位，當前程序中斷執(zhí)行并退出。27）數(shù)控停止鍵：按此鍵，當前執(zhí)行的程序中斷執(zhí)行。28）數(shù)控啟動鍵：按此鍵，系統(tǒng)開始執(zhí)行加工程序。2.2.4 LCD顯示區(qū)如圖2-4所示，LCD顯示區(qū)是整個數(shù)控系統(tǒng)的顯示窗口，具體說明如下：1）當前操作區(qū)域：加工、參數(shù)、程序、通訊、診斷。通過主菜單不同的軟鍵進行操作。圖2-4 LCD顯示屏幕劃分2）程序狀態(tài)：程序停止；程序運行；程序復位。3）運行方式：點動方式、自動方式、MDA方式。4）狀態(tài)顯示：程序段跳躍、空運行、快速修調(diào)、單段運行、程序停止、程序測試、步進增量。5）操作信息。6）程序名。7）報警顯示行：在NC或PLC報警時顯示報警信息。8

35、）工作窗口：工作窗口和NC顯示。9）返回鍵：軟鍵菜單中出現(xiàn)此符號時，表明存在上一級菜單，按下返回鍵后不存儲數(shù)據(jù)直接回到上一級。10）擴展鍵：出現(xiàn)此符號表明同級菜單中存在其它菜單，按下擴展鍵后可以選擇這些功能。11）軟鍵。12）垂直菜單：出現(xiàn)此符號時表明存在其它菜單功能，按下垂直菜單鍵后，這些菜單顯示在屏幕上，并可用光標進行選擇。13）進給軸速度倍率：在此顯示當前進給軸的速度倍率。14）齒輪級：在此顯示當前主軸的齒輪級。15）主軸速度倍率：在此顯示當前主軸的速度倍率。2.2.5 主要軟件功能數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)計算機存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅(qū)動裝置的專用計

36、算機系統(tǒng)。通過利用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設備動作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和開關量。CNC系統(tǒng)的核心是CNC裝置。由于使用了計算機，系統(tǒng)具有了軟件功能，又用PLC代替了傳統(tǒng)的機床電器邏輯控制裝置，使系統(tǒng)更小巧，其靈活性、通用性、可靠性更好，易于實現(xiàn)復雜的數(shù)控功能，使用、維護也方便，并具有與上位機連接及進行遠程通信的等功能。數(shù)控系統(tǒng)的通過軟件功能來更好的彌補數(shù)控機床硬件所不能直接完成的控制。SINUMERIK 802C 系統(tǒng)主要的軟件功能可分為加工、參數(shù)、程序、通信和診斷五個五個操作區(qū)域（圖2-5）。在主菜單下可通過所對應的軟件進入各操作區(qū)域的子菜

37、單、擴展菜單，如圖2-6是SINUMERIK 802C系統(tǒng)的主要軟件功能菜單項。手動控制 執(zhí)行零件程序加工具、零偏參數(shù)設定機床、刀參數(shù)程序編輯零件序程序輸出數(shù)據(jù)輸入與輸出序通信斷與服務調(diào)試調(diào)用診斷診斷圖2-5 SINUMERIK 802C 系統(tǒng)軟件功能操作區(qū)域圖2-6 SINUMERIK 802C 系統(tǒng)的主要軟件功能菜單3 數(shù)控車床實訓臺的性能要求31 數(shù)控機床的工作原理及組成3.1.1 數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術的機床，它是用數(shù)字信號控制機床運動及其加工過程。具體地說，將刀具移動軌跡等加工信息用數(shù)字化的代碼記錄在程序介質(zhì)上，然后輸入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過譯碼、運算，發(fā)出指令，自動控制

38、機床上的刀具與工件之間的相對運動，從而加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件，其工作過程如下：零件圖紙程序設計編寫程序單穿孔制帶數(shù)控制帶伺服系統(tǒng)機床加工零件成品圖 3-1 數(shù)控機床加工工作過程（1）數(shù)控機床的運動軌跡數(shù)控機床運動軌跡主要有三種形式：點位控制運動、直線控制運動和連續(xù)控制運動。1）點位控制運動。點位控制運動指刀具相對工件的點定位，一般對刀具運動軌跡無特殊要求，為提高生產(chǎn)效率和保證定位精度，機床設定快速進給，臨近終點時自動降速，從而減少運動部件因慣性而引起的定位誤差。2）直線控制運動。直線控制運動指刀具或工作臺以給定的速度按直線運動。3）連續(xù)控制運動。連續(xù)控制運動也稱為輪廓控制運動，指

39、刀具或工作臺按工件的輪廓軌跡運動，運動軌跡為任意方向的直線、圓弧、拋物線或其它函數(shù)關系的曲線。這種數(shù)控系統(tǒng)有一個軌跡插補器，根據(jù)運動軌跡和速度精確計算并控制各個伺服電機沿軌跡運動。（2）進給伺服系統(tǒng)控制由數(shù)控裝置發(fā)出脈沖或電壓信號，通過伺服系統(tǒng)控制機床各運動部件運動。數(shù)控機床按進給伺服系統(tǒng)控制方式分類有三種形式：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)。1）開環(huán)控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)采用步進電機，無位置測量元件nc.qoos.ipi，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)運算，輸出指令脈沖控制步進電機工作，如圖3-2所示，這種控制方式對執(zhí)行機構(gòu)不檢測，無反饋控制信號www.SOOQ.cn，因此稱之為開環(huán)控制系

40、統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)的設備成本低，調(diào)試方便，操作簡單，但控制精度低，工作速度受到步進電機的限制。 圖3-2 開環(huán)控制系統(tǒng)2）閉環(huán)控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)絕大多數(shù)采用伺服電機MMS，有位置測量元件和位置比較電路。如圖3-3所示，測量元件安裝在工作臺上，測出工作臺的實際位移值反饋給數(shù)控裝置。位置比較電路將測量元件反饋的工作臺實際位移值與指令的位移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電機工作，直至到達實際位置漢陽科技版權(quán)所有，誤差值消除，此稱之為閉環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高，但要求機床的剛性好，對機床的加工、裝配要求高，調(diào)試較復雜工業(yè)自動化網(wǎng)，而且設備的成本高。 圖3-3 閉環(huán)控制系統(tǒng)3）半閉環(huán)控制系統(tǒng)

41、。這類數(shù)控系統(tǒng)采用角位移檢測裝置，該裝置直接裝在伺服電機或滾珠絲杠端部，用檢測伺服電機或滾珠絲杠的角位移。推算出工作臺的位移量，反饋到CNC裝置的比較器中。與程序指令值進行比較，用差值進行控制知道差值為零。這種用推算方法間接測量工作臺位移，不能補償數(shù)控機床傳動鏈零件的誤差，因此稱之為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高于開環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)試比閉環(huán)控制系統(tǒng)容易，設備的成本介于開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)之間。 圖3-4 半閉環(huán)控制系統(tǒng)3.1.2 數(shù)控機床的組成數(shù)控機床一般由輸入輸出設備、數(shù)控裝置(CNC)、伺服單元、驅(qū)動裝置(或稱執(zhí)行機構(gòu))、可編程控制器(PLC)及電氣控制裝置、輔助裝置、機床本體及測

42、量裝置組成。圖3-5是數(shù)控機床的硬件構(gòu)成。CNC系統(tǒng)控制面板PLC主軸伺服單元主軸驅(qū)動裝置電器回路輔助裝置進給伺服單元進給驅(qū)動裝置測量裝置 CNC裝置 輸入/輸出裝置機 床 本 體圖3-5數(shù)控機床的硬件構(gòu)成（1）輸入和輸出裝置 （I/O）輸入和輸出裝置是機床數(shù)控系統(tǒng)和操作人員進行信息交流、實現(xiàn)人機對話的交互設備輸入裝置的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼變成相應的電脈沖信號，傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。目前，數(shù)控機床的輸入裝置有鍵盤、磁盤驅(qū)動器、光電閱讀機等，其相應的程序載體為磁盤、穿孔紙帶。輸出裝置是顯示器，有CRT顯示器或彩色液晶顯示器兩種。輸出裝置的作用是：數(shù)控系統(tǒng)通過顯示器為操作人員提供必要的信息

43、。顯示的信息可以是正在編輯的程序、坐標值，以及報警信號等。（2）數(shù)控裝置(CNC裝置)數(shù)控裝置是計算機數(shù)控系統(tǒng)的核心，是由硬件和軟件兩部分組成的。它接受的是輸入裝置送來的脈沖信號，信號經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制機床的各個部分，使其進行規(guī)定的、有序的動作。這些控制信號中最基本的信號是各坐標軸(即作進給運動的各執(zhí)行部件)的進給速度、進給方向和位移量指令(送到伺服驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動執(zhí)行部件作進給運動)，還有主軸的變速、換向和啟停信號，選擇和交換刀具的刀具指令信號，控制切削液、潤滑油啟停、工件和機床部件松開、夾緊、分度工作和轉(zhuǎn)位的輔助指令信號等。數(shù)控

44、裝置主要包括微處理器(CPU)、存儲器、局部總線、外圍邏輯電路以及與CNC系統(tǒng)其他組成部分聯(lián)系的接口等。（3）可編程邏輯控制器(PLC)數(shù)控機床通過CNC和PLC共同完成控制功能，其中CNC主要完成與數(shù)字運算和管理等有關的功能，如零件程序的編輯、插補運算、譯碼、刀具運動的位置伺服控制等；而PLC主要完成與邏輯運算有關的一些動作，它接收CNC的控制代碼M(輔助功能)、S(主軸轉(zhuǎn)速)、T(選刀、換刀)等開關量動作信息，對開關量動作信息進行譯碼，轉(zhuǎn)換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作，如工件的裝夾、刀具的更換、切削液的開關等一些輔助動作。它還接收機床操作面板的指令，一方面直接控制機

45、床的動作(如手動操作機床)，另一方面將一部分指令送往數(shù)控裝置用于加工過程的控制。在FANUC系統(tǒng)中專門用于控制機床的PLC，記作PMC，稱為可編程機床控制器。（4）伺服單元伺服單元接收來自數(shù)控裝置的速度和位移指令。這些指令經(jīng)伺服單元變換和放大后，通過驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)變成機床進給運動的速度、方向和位移。因此，伺服單元是數(shù)控裝置與機床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來自數(shù)控裝置的微弱指令信號放大成控制驅(qū)動裝置的大功率信號。伺服單元分為主軸單元和進給單元等，伺服單元就其系統(tǒng)而言又有開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之分。（5）驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置把經(jīng)過伺服單元放大的指令信號變?yōu)闄C械運動，通過機械連接部件驅(qū)動機床工作臺，使工作

46、臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動，加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。目前常用的驅(qū)動裝置有直流伺服電動機和交流伺服電動機，且交流伺服電動機正逐漸取代直流伺服電動機。伺服單元和驅(qū)動裝置合稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它是機床工作的動力裝置，計算機數(shù)控裝置的指令要靠伺服驅(qū)動系統(tǒng)付渚實施，伺服驅(qū)動裝置包括主軸驅(qū)動單元(主要控制主軸的速度)，進給驅(qū)動單元(主要是進給系統(tǒng)的速度控制和位置控制)。伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分。從某種意義上說，數(shù)控機床的功能主要取決于數(shù)控裝置，而數(shù)控機床的性能主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)。 （6）機床本體機床本體即數(shù)控機床的機械部件，包括主運動部件、進給運動執(zhí)行部件(工作臺

47、、拖板)32 數(shù)控車床的特點3.2.1 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)特點（1）傳動鏈短。沿縱、橫兩個坐標軸方向的運動是通過用伺服電動機直接與滾珠絲杠聯(lián)結(jié)帶動刀架運動，伺服電動機與絲桿間也可以用同步皮帶或齒輪副聯(lián)結(jié)。 （2）剛度大、轉(zhuǎn)速較高，可實現(xiàn)無級變速。數(shù)控車床的總體結(jié)構(gòu)剛性好、抗震性好，能夠使主軸的轉(zhuǎn)速更高，實現(xiàn)高速、強力切削。它多采用直流或交流主軸控制單元來驅(qū)動主軸，按控制指令做無級變速。 （3）輕拖動、潤滑好、排屑方便，機床壽命較長。刀架移動多采用安裝在專用滾動軸承上的滾珠絲杠副；潤滑大部分采用油霧自動潤滑；一般都配有自動排屑裝置。（4）加工冷卻充分、防護較嚴密。一般都使用安全防護門實現(xiàn)全封閉或半封

48、閉的加工狀態(tài)，因此，可以將原來的單向沖淋冷卻方式改變成多方位強力噴淋，從而改善了刀具和工件的冷卻效果。（5）自動換刀。數(shù)控車床都配有自動換刀刀架實現(xiàn)自動換刀，以提高生產(chǎn)效率和自動化程度。 （6）模塊化設計。數(shù)控車床的制造多采用模塊化設計。 3.2.2 數(shù)控機床的加工特點（1）高精度。數(shù)控車床控制系統(tǒng)的性能不斷提高，機械結(jié)構(gòu)不斷完善，機床精度日益提高。 （2）高效率。隨著新刀具材料的應用和機床結(jié)構(gòu)的完善，數(shù)控車床的加工效率、主軸轉(zhuǎn)速、傳動效率不斷提高，使得新型數(shù)控車床的空運轉(zhuǎn)時間大大縮短。其加工效率比普通車床提高25倍。 （3）高柔性和高可靠性。數(shù)控車床適用70%以上的多品種、小批量零件的自動加

49、工，具有高柔性。隨著數(shù)控系統(tǒng)的性能提高，數(shù)控車床的無故障時間迅速提高，具有高可靠性。 （4）工藝能力強。數(shù)控車床既用于粗加工又能用于精加工，可以在一次裝夾中完成其全部或大部分工序。33 數(shù)控車床實訓臺的設計要求3.3.1 數(shù)控機床實訓臺的控制功能（1）運動控制軸控能力：實現(xiàn)X、Z兩直線移動軸的聯(lián)動位置模擬控制；主軸控制：包括主軸的開停，正反轉(zhuǎn)控制，速度設置及速度控制；進給速度控制：包括運動進給速度設置，速度倍率調(diào)整，自動加減速度控制等；手動控制：點動進給，手動速度調(diào)整。（2）刀具控制刀具使用狀態(tài)檢測；刀位轉(zhuǎn)換演示。（3）保護控制正負行程的軟硬控制演示；進給高低速限制；主軸高低速限制；（4）輔助

50、功能控制包括冷卻泵、照明控制及其他輔助控制。3.3.2 數(shù)控機床實訓臺的操作功能（1）運動方式選擇程序運行：自動運行、單步運行、暫停及暫?；謴?，空運行，坐標參考值的設置等；手動運行：對系統(tǒng)軸的正負向運動進行控制；MDI方式：手動程序數(shù)據(jù)輸入。（2）程序操作程序的輸入輸出：手工鍵盤輸入、網(wǎng)絡通訊輸入等；程序編輯；程序管理。（3）顯示操作系統(tǒng)狀態(tài)顯示：包括I/O信號監(jiān)測、運行方式選擇、正確使用的刀具信息等；位置顯示：機床坐標系的位置報告，工件坐標的絕對/相對位置報告等。故障報警。3.3.3 數(shù)控機床實訓臺的診斷功能（1）編程錯誤提示。（2）操作錯誤提示。（3）執(zhí)行錯誤提示。3.3.4 數(shù)控機床實訓

51、臺的基本配置（1）由控制屏和實訓桌組成?？刂破敛捎描F質(zhì)雙層亞光密紋噴塑機構(gòu)，鋁制面板；實訓桌采用鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑機構(gòu)，桌面為防火、防水、高密度板。（2）單相220V交流電源供電，漏電保護器控制總電源，控制屏的供電由鑰匙開關和啟停開關控制。電壓表監(jiān)控電網(wǎng)電壓，電流表監(jiān)控設備工作總電流，并設有指示燈指示和保險絲保護。（3）數(shù)控系統(tǒng)單元： 西門子公司的“SINUMERIK 802C base line”數(shù)控系統(tǒng)，可同時控制2個數(shù)字量控制進給軸和1個模擬主軸。（4）驅(qū)動模塊：X/Z進給軸采用交流伺服控制系統(tǒng)，電機軸上裝有轉(zhuǎn)盤，便于觀察電機運動。（5）主軸模塊：主軸電機采用變頻器控制，并設計有主軸編

52、碼器用于速度反饋。（6）刀架控制模塊：展現(xiàn)車床六工位電動刀架和加工中心刀庫的電控原理。3.3.5 數(shù)控機床實訓臺的要達到的實訓項目（1）低壓電氣元件的原理與接線；（2）數(shù)控車床電氣控制電路的設計；（3）數(shù)控系統(tǒng)的基本操作；（4）數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設置與調(diào)試；（5）輸入輸出接口信號的應用；（6）進給軸驅(qū)動系統(tǒng)的調(diào)試；（7）主軸變頻器的原理與應用；（8）電動刀架的控制；（9）PLC的編程與應用；（10）故障診斷與維修；（11）加工中心刀具庫的應用；（12）數(shù)控車床的編程操作。4 數(shù)控車床實訓臺硬件系統(tǒng)實現(xiàn)41 數(shù)控車床實訓臺硬件系統(tǒng)的設計原則SINUMERIK 802S/C base line 出廠時

53、的系統(tǒng)配置為車床系統(tǒng)，即坐標軸設定第一軸為X軸，第三軸為Z軸，第四軸為主軸，加工工藝設定為車削；如果控制銑床，則需要裝入銑床初始化文件，銑床設定第一軸為X軸，第二軸為Y軸，第三軸為Z軸，第四軸為主軸，加工工藝設定為銑削。本課題設計的實訓臺以車床實驗為主，為使數(shù)控車床實訓臺硬件系統(tǒng)設計趨于合理化，在設計過程中著重考慮如下幾個方面：（1）盡量選用標準化、開放式、模塊化地經(jīng)典電路，從而提高設計的成功率。（2）注意選用通用性強、經(jīng)濟、實用、市場資源充足的元器件。（3）系統(tǒng)擴展及各功能模塊的設計在滿足應用系統(tǒng)功能要求的基礎上，留有適當?shù)挠嗟兀驯粚磉M行修改、擴展。（4）在硬件選型方面盡量采用數(shù)控方面一

54、些通用的技術，以經(jīng)典范例展示數(shù)控車床的工作原理與操作技巧，以達到從簡單入手讓學員學習數(shù)控車床相關知識的目的。（5）電路設計時，充分考慮應用系統(tǒng)各部分的驅(qū)動能力，因為不同的電路有不同的驅(qū)動能力，對后級系統(tǒng)的輸入阻抗要求也不一樣。實驗證明：如果阻抗匹配不適當，系統(tǒng)的驅(qū)動能力不夠，可能導致系統(tǒng)的不可靠性，甚至于使得系統(tǒng)無法進行工作。值得一提的是，系統(tǒng)的不可靠性很難通過一般的測試手段來確定。因此在電路設計過程中，應該特別注意系統(tǒng)的驅(qū)動能力，盡量減少系統(tǒng)的損耗。42 數(shù)控車床實訓臺硬件系統(tǒng)的硬件選擇4.2.1 伺服驅(qū)動器的選擇伺服驅(qū)動器是用來控制伺服電機的一種控制器，伺服驅(qū)動器其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統(tǒng)的一部分。目前主流的伺服驅(qū)動器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，可以實現(xiàn)比較復雜的控制算法，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設計的驅(qū)動電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路,在主回路中還加入軟啟動電路,以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊。驅(qū)動器一般采用位置、