基與西門子C的數(shù)控車床系統(tǒng)設(shè)計說明書

1、基于西門子802C的數(shù)控車床控制系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步社會生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，以數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)的先進(jìn)制造技術(shù)正以較快的速度逐步取代傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù),這已成為當(dāng)今機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展的趨勢。數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)中的大量應(yīng)用,使社會對能熟練掌握數(shù)控機(jī)床的操作,編程及維修的工程應(yīng)用人才的需求量越來越大。近年來各院校相應(yīng)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(xué)如何培養(yǎng)適應(yīng)工程應(yīng)用的數(shù)控人才的問題。本設(shè)計是基于西門子公司的SINUMERIK8020控車床控制系統(tǒng)設(shè)計，首先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)、

2、主軸控制系統(tǒng)和輔助運動控制系統(tǒng)，通過查閱資料對數(shù)控車床的硬件進(jìn)行選擇，了解各個模塊的工作原理，并設(shè)計外部硬件線路，最終設(shè)計出能完成主軸控制、進(jìn)給運動控制、輔助裝置控制等功能。通過對資料的查閱掌握西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)置PLC的特點，設(shè)計自動回轉(zhuǎn)刀架PLC控制的程序。止匕外，對數(shù)控系統(tǒng)的一些主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。關(guān)鍵詞：西門子802C,伺服系統(tǒng)，主軸控制系統(tǒng)，電氣原理圖BasedonSiemens802CCNCsystemdesignCNCturninglathecontrolsystemABSTRACTWiththecontinuousprogressofscienceandtechnolog

3、ysetever-breakingdevelopmentofsocialproductiveforces，advancedmanufacturingtechnologyisbasedonthenumericalcontroltechnologyatafasterrategraduallyreplacedthetraditionalmechanicalmanufacturingtechnology，whichhasbecomethetrendofmechanicalmanufacturingtechnologydevelopmentCNCmachinetoolusedinmanufacturin

4、gindustry,enablingthecommunitytoskilledinCNCmachinetooloperation，programmingandmaintenanceofengineeringapplicationtalentsdemandisgrowingInrecentyearstheinstitutionsappropriatetowriteNCprofessional，fromthelevelofeducationreflectsthisdemandofthecommunityButitalsoputforwardtoushowtheteachingofnumerical

5、controltrainingprojectontheapplicationofnumericalcontroltalentsThisdesignisSINUMERIK802CCNClathecontrolsystembasedonSiemenscompany,firsttounderstandandgraspthestructureofSiemens802CCNCsystem,workingprinciple,controlmethodsbasedontheknowledgethatitisequippedwithservosystems,controlsystemsandauxiliary

6、spindlemotioncontrolsystem,throughaccesstoinformationontheCNClathehardwarechoices,understandtheworkingprinciplesofthevariousmodulesandexternalhardwarecircuitdesign,tocompletethefinaldesignofthespindlecontrol,thefeedmotioncontrol,auxiliarydevicecontrolfunctions.Featuresaccesstoinformationthroughtheus

7、eofSiemens802CCNCsystemsbuilt-inPLC,thedesignofautomaticrotaryturretPLCcontrolprocedures.Inaddition,someofthemainparametersofCNCsystemsetting.keywordss:iemens802c,servosystem,spindlecontrolsystem,electricalcircuitdrawing目錄 TOC o 1-5 h z 摘要I HYPERLINK l bookmark2 o Current Document ABSTRACTH概述1數(shù)控機(jī)床的發(fā)

8、展趨勢1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生于發(fā)展1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理3數(shù)控機(jī)床的促成3數(shù)控機(jī)床的工作原理4數(shù)控車床的特點5數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點5數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點52西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的介紹7西門子802C數(shù)控系統(tǒng)概述7西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的操作面板7 TOC o 1-5 h z 面板的劃分7NC鍵盤區(qū)8MCP機(jī)床控制面板區(qū)域9屏幕劃分11西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的軟件功能12 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 數(shù)控車床的硬件系統(tǒng)的選擇與連接14 HYPER

9、LINK l bookmark24 o Current Document 數(shù)控車床的硬件的選擇14數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)伺服驅(qū)動器的選擇14數(shù)控車床主軸系統(tǒng)變頻器的選擇20進(jìn)給軸的伺服電機(jī)的選擇23主軸電機(jī)的選擇24西門子802C數(shù)控系統(tǒng)與各硬件之間的連接25西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的接口介紹25西門子802C系統(tǒng)的接線29 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 自動回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計33 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 西門子802C系統(tǒng)的數(shù)控車床的操作36數(shù)控車床的上電過程36數(shù)控車床的斷電過程36系統(tǒng)的

10、相關(guān)參數(shù)的說明37總結(jié)38致謝39參考文獻(xiàn)40附錄41附錄I802C數(shù)控系統(tǒng)的接線圖41附錄II自動回轉(zhuǎn)刀架的換刀過程流程圖42附錄III自動回轉(zhuǎn)刀架的梯形圖程序431概述數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生于發(fā)展科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率也提出了越來越高的要求。機(jī)械加工工藝過程的自動化是實現(xiàn)上述要求的最主要的方法之一。它不但能提高產(chǎn)品的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、還可以很大程度上改善工人的勞動條件。大批量的自動化生產(chǎn)廣泛采用自動機(jī)床、組合機(jī)床和專用機(jī)床以及專用自動生產(chǎn)線，實行多刀、多工位多面同時加工，以達(dá)到高效率和高自動化。但這些都屬于剛性自動化，在面對小批量生產(chǎn)時這

11、種方法并不是適用，因為小批量生產(chǎn)需要經(jīng)常變化產(chǎn)品的種類，這就要求生產(chǎn)線具有柔性。而從某種程度上說，數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)正是很地滿足了這一要求。1952年，美國麻省理工學(xué)院成功地研制出一套三坐標(biāo)聯(lián)動，利用脈沖乘法器原理的試驗性數(shù)控系統(tǒng)，并把它裝在一臺立式銑床上。當(dāng)時用的電子元件是電子管，這就是第一代世界上的第一臺數(shù)控機(jī)床。我國是從1958年開始研究數(shù)控技術(shù)，一直到60年代中期處于研制、開發(fā)時期。當(dāng)時，一些高等院校、科研單位研制出試驗樣機(jī)，開發(fā)也是從電子管開始的。1965年國內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。從70年代開始，數(shù)控技術(shù)在車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工、點加工等領(lǐng)域全面展開，數(shù)控加工中心在上海、北京研

12、制成功。在這一時期，數(shù)控線切割機(jī)床由于結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格低廉，在模具加工中得到了推廣。80年代，我國從日本發(fā)那科公司引進(jìn)了5、7、3等系列的數(shù)控系統(tǒng)和交流伺服電機(jī)、交流主軸電機(jī)技術(shù)，以及從美國、德國引進(jìn)一些新技術(shù)。這使我國的數(shù)控機(jī)床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個質(zhì)的飛躍。1985年，我國數(shù)控機(jī)床品種有了新的發(fā)展。90年代以及接下來主要是向高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展。目前，在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域中，我國和先進(jìn)的工業(yè)國家之間還存在著很大的差距，但是這種差距正在飛速的縮小。隨著工廠、企業(yè)、技術(shù)改造的深入開展，各行各業(yè)對數(shù)控機(jī)床的需要將會有很大幅度的增長，這將有力地促進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢高精度化現(xiàn)代科學(xué)

13、技術(shù)的發(fā)展、新材料及其新零件的出現(xiàn)，對精密加工技術(shù)不斷的提出新的要求，提出高的加工精度，發(fā)展新型超精密加工機(jī)床，完善精密加工技術(shù)，適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展，已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向之一。其精度已從微米級到亞微米級，甚至納米級。提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，一般上可以通過減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采用機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)來實現(xiàn)。在減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差方面，通?？梢圆捎锰岣邤?shù)控系統(tǒng)的分辨率、提高位置檢測精度、在位置伺服系統(tǒng)中采用前饋控制與非線性控制等方法。在機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)方面，除了采用齒隙補(bǔ)償、絲杠螺距誤差補(bǔ)償和刀具補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)外，還可以對設(shè)備熱變形進(jìn)行誤差補(bǔ)償。（2）高速化提高生產(chǎn)率是數(shù)控機(jī)床追求的基本目標(biāo)之一。數(shù)控

14、機(jī)床高速化可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可以大幅度提升加工效率，降低加工成本，而且還可以提高零件的表面加工質(zhì)量和精度，對制造業(yè)實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)具有廣泛的適用性。要實現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的高速化，首先要求數(shù)控系統(tǒng)能對微小程序段構(gòu)成的加工程序進(jìn)行高速處理，以計算出伺服電動機(jī)的移動量，同時要求伺服電動機(jī)能高速度的作出反應(yīng)，采用32為及64為的微處理器，是提高數(shù)控系統(tǒng)高速處理能力的有效手段。實現(xiàn)數(shù)控設(shè)備高速化的關(guān)鍵是提高切削速度、進(jìn)給速度和減少輔助時間（3）高柔性化采用柔性自動化設(shè)備或系統(tǒng)，是提高加工精度和效率縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)市場變化需求和提高競爭能里的有效手段。數(shù)控機(jī)床在提高單機(jī)柔性化的同時，

15、朝著單元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。（4）高自動化高自動化是指在全部加工過程中盡量減少人的介入二自動完成規(guī)定的任務(wù)，它包括物料流和信息流的自動化。自20世紀(jì)80年代中期以來，以數(shù)控車床為主體的加工自動化已從“點”、“線”、“面”和“體”的方向發(fā)展。盡管這種高自動化的技術(shù)還不夠完備，投資過大，回收期較長，從而提出“有人介入”的自動化觀點，但數(shù)控機(jī)床的高自動化并向著FMCFMS#成方向發(fā)展的總趨勢仍然是機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的主流。數(shù)控機(jī)床的自動化除進(jìn)一步提高其自動編程、上下料、加工等自動化程度外，還在自動檢索、監(jiān)控、診斷等方面進(jìn)一步發(fā)展。（5）智能化隨著人工智能在計算機(jī)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，為適應(yīng)制造業(yè)生產(chǎn)柔

16、性化、自動化發(fā)展需要，智能化正成為數(shù)控機(jī)床研究及其發(fā)展的熱點，它不僅貫穿于生產(chǎn)加工的全過程，還貫穿于產(chǎn)品的售后服務(wù)和維修中，目前采取的主要技術(shù)措施包括以下幾個方面：a）自適應(yīng)控制技術(shù)自適應(yīng)控制可干根據(jù)切削條件的變化，自動的調(diào)節(jié)工作參數(shù)，使加工過程保持最佳宮坐狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗超度，同時也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)的運行狀態(tài)的目的。如通過監(jiān)控切削過程中的刀具磨損、破損、切屑形狀、切削力機(jī)零件的加工質(zhì)量等，向制造系統(tǒng)反饋信息，通過將過程控制、過程監(jiān)控、過程優(yōu)化結(jié)合在一起，實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)。b）專家系統(tǒng)技術(shù)將專家的經(jīng)驗和切削加工一般規(guī)律與特殊規(guī)律存入計算

17、機(jī)中，以加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支持，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)，提供經(jīng)過優(yōu)化的切削參數(shù)，使加工系統(tǒng)達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，從而提高編程效率和降低對操作員的技術(shù)要求，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。c）故障自診斷、自修復(fù)技術(shù)在整個工作狀態(tài)中，系統(tǒng)隨時對CNC系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進(jìn)行自診斷、檢查。一旦出現(xiàn)故障，立即采用停機(jī)等措施，進(jìn)行故障報警，提示發(fā)生故障的部位、原因等，并利用相關(guān)的技術(shù)，自動進(jìn)行相關(guān)的反應(yīng)。d）智能化交流伺服驅(qū)動技術(shù)目前已開始研究能自動識別負(fù)載并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運行狀態(tài)。e）模式識別技術(shù)應(yīng)用圖像識別和聲控技術(shù)，

18、使機(jī)器自己識別圖樣，按照自然語音命令進(jìn)行加工。數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理數(shù)控機(jī)床的促成數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服機(jī)構(gòu)和機(jī)床本體組成，如圖1-1所示,其中實線部分表示開環(huán)系統(tǒng)。為了提高加工精度精度，再加入測量裝置構(gòu)成反饋，形成閉環(huán)系統(tǒng)。圖1-1數(shù)控機(jī)床的組成a）控制介質(zhì)控制介質(zhì)又稱為信息載體。數(shù)控機(jī)床加工時，所需的各種控制信息要靠某種中間載體攜帶和傳輸，這種載體稱為“控制介質(zhì)”?？刂平橘|(zhì)是存儲數(shù)控加工所需要的全部動作和刀具相對于工件信息的媒介物，它記載這零件的加工程序?？刂平橘|(zhì)有多種，如穿孔帶、穿孔卡、磁帶以及磁盤等，業(yè)可以通過通信接口直接輸入所需各種信息，采用何種控制介質(zhì)則取決于數(shù)控

19、裝置的類型。b）數(shù)控裝置數(shù)控裝置可以分為普通數(shù)控系統(tǒng)（NC和計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC兩大類。前者利用控制計算機(jī)，又稱為硬件數(shù)控；后者利用通用的小型計算機(jī)或微型的計算機(jī)佳軟件，又稱為軟件數(shù)控。數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，一般由輸入裝置、控制器、運算器、和輸出裝置等組成。它根據(jù)輸入的程序和數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進(jìn)行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令控制機(jī)床的各個部分，進(jìn)行規(guī)定的、有序的動作。這些控制信號最基本的信號時：經(jīng)插補(bǔ)運算決定的各坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和位移量指令，送伺服驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動執(zhí)行部件坐進(jìn)給運動；主運動部件的變速、換向、和啟停信號；選擇和交換刀具指令信號；控制冷

20、卻、潤滑的啟停，工作和機(jī)床部件松開、夾緊，分度工作臺轉(zhuǎn)位等輔助指令信號等。c）伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路和伺服驅(qū)動裝置組成，并與機(jī)床上的執(zhí)行部件和機(jī)械部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。它根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)來的速度和位移指令控制執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移。每個做進(jìn)給運動的執(zhí)行部件，都配有一套伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。在半閉環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，使用了位置檢測裝置，間接或直接測量執(zhí)行部件的實際進(jìn)給位移，與指令位移進(jìn)行比較，按閉環(huán)原理，將其誤差轉(zhuǎn)換放大后控制執(zhí)行部件的進(jìn)給運動。數(shù)控機(jī)床的工作原理用數(shù)控機(jī)床加工零件時，首先應(yīng)將加工的零件的幾何信息和工藝信息編制成加工程序，由輸入部分送入數(shù)

21、控裝置，經(jīng)過數(shù)控裝置的處理、運算，按照各坐標(biāo)軸的分量送到各軸的驅(qū)動電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大進(jìn)行伺服電動機(jī)的驅(qū)動，帶動各軸運動，并進(jìn)行反饋控制，是刀具與工件及其他輔助裝置嚴(yán)格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)順利的進(jìn)行，從而加工出零件的全部輪廓。數(shù)控機(jī)床的加工，是吧刀具與工件的運動坐標(biāo)分割成一些最小的單位量，即最小位移量，由數(shù)控系統(tǒng)按照零件程序的要求，是坐標(biāo)移動若干各最小的位移量，從而實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，完成對零件的加工。當(dāng)走刀軌跡為直線或圓弧時，數(shù)控裝置則在線段的起點和終點坐標(biāo)之間進(jìn)行“數(shù)據(jù)點的密化”，求出一系列中間點的坐標(biāo)值，然后按中間的坐標(biāo)值，向各個坐標(biāo)輸出脈沖數(shù)，保證加工出需要的直線

22、或圓弧輪廓。數(shù)控裝置進(jìn)行的這種“數(shù)據(jù)點的密化”稱為插補(bǔ)，一般數(shù)控裝置都具有對基本函數(shù)進(jìn)行插補(bǔ)的功能。對任意曲面零件的加工，必須使刀具的運動的軌跡與該曲面完全吻合，才能加工出所需要的零件。數(shù)控機(jī)床具有很好的柔性，當(dāng)加工對象變換時，只需要重新編寫加工程序即可，原來的程序可以儲存?zhèn)溆?，不必像組合機(jī)床那樣需要針對新的加工零件重新設(shè)計機(jī)床，致使生產(chǎn)的準(zhǔn)備時間過于太長。數(shù)控車床的特點數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點a）傳動鏈短。沿縱、橫兩個坐標(biāo)軸方向的運動是通過用伺服電動機(jī)直接與滾珠絲杠聯(lián)結(jié)帶動刀架運動，伺服電動機(jī)與絲桿間也可以用同步皮帶或齒輪副聯(lián)結(jié)。b）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

23、性好，能夠使主軸的轉(zhuǎn)速更高，實現(xiàn)高速、強(qiáng)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。c）輕拖動、潤滑好、排屑方便，機(jī)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。d）加工冷卻充分、防護(hù)較嚴(yán)密。一般都使用安全防護(hù)門實現(xiàn)全封閉或半封閉的加工狀態(tài)，因此，可以將原來的單向沖淋冷卻方式改變成多方位強(qiáng)力噴淋，從而改善了刀具和工件的冷卻效果。e）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。f）模塊化設(shè)計。數(shù)控車床的制造多采用模塊化設(shè)計。數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點a）加工對象改型的適應(yīng)性強(qiáng)利用數(shù)

24、控機(jī)床加工改型零件，只需要重新編制程序就能實現(xiàn)對零件的加工，它不同于傳統(tǒng)的機(jī)床，不需要制造、更換許多工具、夾具和檢具，更不要重新調(diào)整機(jī)床。因此，數(shù)控機(jī)床可以快速地從加工一種零件到另一種零件，這就為單件、小批以及試制新產(chǎn)品提供了極大的方便。它不僅縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，而且節(jié)省了大量工藝裝備費用。b）加工精度高數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字形式給出的指令進(jìn)行加工的，由于目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量一般達(dá)到了0.001mm而且進(jìn)給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償，因此，數(shù)控機(jī)床能達(dá)到比較高的加工精度和質(zhì)量穩(wěn)定性。這是由數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的了必要的措施以及機(jī)電結(jié)合的特點決定的。首先是在結(jié)構(gòu)上采用了滾

25、珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)、各種消除間隙的結(jié)構(gòu)等，使機(jī)械傳動誤差盡可能的減少；其次采用了軟件精度補(bǔ)償技術(shù)，是機(jī)械誤差進(jìn)一步減少；第三是用程序控制加工，減少了人為因素對加工精度的影響。這些措施不僅可以保證了較高的加工精度，同時還保持了較高的質(zhì)量穩(wěn)定性。c）生產(chǎn)效率高零件加工所需要的時間包括機(jī)動時間與輔助時間兩部分。數(shù)控機(jī)床能夠有效地減少這兩部分時間，因而加工生產(chǎn)率比一般機(jī)床高。數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給來那個的范圍比普通機(jī)床的范圍大，每一道工序都能選用最有利的切削用量，良好的結(jié)構(gòu)剛性允許數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大切削用量的強(qiáng)力切削，有效地節(jié)省了機(jī)動時間。數(shù)控機(jī)床一定部件的快速移動和定位均采用了加速與減速措施，因而選用了很高

26、的空行程運動度，消耗在進(jìn)給、快退和定位的時間要比一般機(jī)床少。數(shù)控機(jī)床在更換被加工零件時幾乎不要重新調(diào)整機(jī)床，而零件有都安裝在簡單的定位夾緊裝置中，可以節(jié)省用于停機(jī)進(jìn)行零件安裝調(diào)整的時間。數(shù)控機(jī)床的加工精度比較穩(wěn)定，一般只做首件檢驗或工序間關(guān)鍵尺寸的抽樣檢驗，因而可以介紹停機(jī)檢驗的時間。在使用帶有刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控加工中心機(jī)床時，在一臺機(jī)床上實現(xiàn)了多道工序的連續(xù)加工，減少了半成品的周轉(zhuǎn)時間，生產(chǎn)效率的提高就更為明顯d）自動化程度高數(shù)控機(jī)床對零件的加工是按照事先編好的程序自動完成的，操作者除了操作面板、裝卸零件、進(jìn)行關(guān)鍵工序的中間測量以及觀察機(jī)床的運行之外，其他的機(jī)床動作直至加工完畢，都是自

27、動化完成的，不需要進(jìn)行繁復(fù)的重復(fù)性手工操作，勞動強(qiáng)度與緊張程度均可大為減輕，勞動條件也得到相應(yīng)的改善。e）良好的經(jīng)濟(jì)效益使用數(shù)控機(jī)床加工零件時，分?jǐn)傇诿總€零件上的設(shè)備費用是比較昂貴的。但在單件、小批生產(chǎn)情況下，可以節(jié)省工藝裝備費用、輔助生產(chǎn)時間、生產(chǎn)管理費用以及降低廢品率等，因此能夠獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。2西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的介紹2.1西門子802C數(shù)控系統(tǒng)概述SINUMER11802cbaseline是在SINUMER11802c基礎(chǔ)上新開發(fā)的全功能說控系統(tǒng)，它可以控制2到3個伺服電機(jī)進(jìn)給軸和一個伺服主軸或變頻主軸，連接SIMODRIVE611U或SIMODRIVEbaseline.當(dāng)系統(tǒng)

28、匹配SIMODRIVE611UESIMODRIVEbaseline時連接1FK7系統(tǒng)伺服電機(jī)。它主要由：CNC控制器、驅(qū)動器和電機(jī)、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(jī)床操作面板和輸入輸出單元機(jī)床調(diào)試配置數(shù)據(jù)少，系統(tǒng)與機(jī)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(jìn)行，優(yōu)化了機(jī)床的使用西門子802Cbaseline集成了所有的CNCPLCHMLI/O于一身可獨立于其他部件進(jìn)行安裝等優(yōu)點。正如下圖2-1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西門子公司數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu),性能高性能型普

29、及型以普及型里0。FM-NC1高性能.低價位80&802C802S價格數(shù)控系統(tǒng)的基本構(gòu)成圖2-1西門子公司數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)2.2西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的操作面板2.2.1面板的劃分西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的操作面板可以劃分為三大區(qū)：LCD顯示區(qū)、NC鍵盤區(qū)和機(jī)床控制區(qū)域，如圖2-2所示二U國國m同期 0 HaDBeras圖2-2面板劃分面板定義LCD顯示區(qū)：8液晶黑白顯示，640 x320象素點，VGA顯示，CCFL背光。NC鍵盤區(qū)：34個數(shù)字字符鍵，5個軟鍵，7個功能鍵和4個特殊鍵。MCP機(jī)床控制區(qū)域：27個功能鍵，12個用戶定義鍵鍵，16個LED顯示。2.2.2 NC鍵盤區(qū)2)4)5)6)7

30、)8)各功能鍵說明：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(dāng)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(yīng)的軟鍵，可以執(zhí)行相應(yīng)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(yīng)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(biāo)向上鍵/向上翻頁（上檔）鍵。7）菜單擴(kuò)展鍵：進(jìn)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(biāo)向右鍵。11）光標(biāo)向下鍵/向下翻頁（上檔）鍵。12）回車/輸入鍵：按此鍵確認(rèn)所輸入

31、的參數(shù)或換行。13）選擇/切換鍵：在設(shè)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(biāo)向左鍵。16）字符鍵：用于字符輸入，上檔鍵可轉(zhuǎn)換對應(yīng)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。2.2.3MCP機(jī)床控制面板區(qū)域各按鍵功能說明：基本功能區(qū)：POK（綠燈）：電源上電，燈亮表示電源正常供電。ERR（紅燈）：系統(tǒng)故障，此燈亮表示CNC出現(xiàn)故障。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(guān)1) 2)34)5?81n13J12321J22J23024 32

32、53K1K12用戶自定義鍵（帶LED：用戶可以編寫PLC程序進(jìn)行鍵的定義。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(jìn)行增量方式的選擇，范圍為：X1,X10,X100,X100007）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(shè)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：

33、15）進(jìn)給軸倍率增加鍵（帶LED）：按動此鍵，進(jìn)給軸倍率增大。當(dāng)進(jìn)給軸倍率大于100%時LED亮，達(dá)至IJ120%寸（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(dāng)主軸倍率大于100%時LED亮，達(dá)到120%寸（最大）LED閃爍。17）進(jìn)給軸倍率100%鍵：按此鍵大于系統(tǒng)所設(shè)定的時間值（缺省值為1.5秒）時，進(jìn)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(shè)定的時間值（缺省值為1.5秒）時，主軸倍率直接變?yōu)?00%。19）進(jìn)給軸倍率減少鍵（帶LED）：按動此鍵，進(jìn)給軸倍率減少。按此鍵大于系統(tǒng)所設(shè)定的時間值（缺省值為1.5秒）時，進(jìn)給軸倍率直

34、接變?yōu)?%。進(jìn)給軸倍率在0%-100%時LED燈亮，降為0%寸（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(shè)定的時間值（缺省值為1.5秒）時，進(jìn)給軸倍率直接變?yōu)?0%。進(jìn)給軸倍率在50%-100%時LED燈亮，降為50%寸（最?。㎜ED閃爍。點動鍵：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。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(biāo)軸點動鍵，坐標(biāo)軸按快速進(jìn)給速度點動。Z軸負(fù)向點動鍵：在手動方式下按動此鍵，Z軸向負(fù)方向點動。X軸負(fù)向點動鍵：在手動方式下按動此鍵，X

35、軸向負(fù)方向點動。啟動/停止鍵：26）復(fù)位鍵：按此鍵，系統(tǒng)復(fù)位，當(dāng)前程序中斷執(zhí)行并退出。27）數(shù)控停止鍵：按此鍵，當(dāng)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。.4屏幕劃分如圖2-5所示，屏幕顯示區(qū)是整個數(shù)控系統(tǒng)的顯示窗口，具體說明如下:(15圖2-5屏幕劃分1）當(dāng)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(jìn)行操作。2）程序狀態(tài)：程序停止；程序運行；程序復(fù)位。3）運行方式：點動方式、自動方式、MDAT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(jìn)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

36、示報警信息。8）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(kuò)展鍵：出現(xiàn)此符號表明同級菜單中存在其它菜單，按下擴(kuò)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(biāo)進(jìn)行選擇。13）進(jìn)給軸速度倍率：在此顯示當(dāng)前進(jìn)給軸的速度倍率。14）齒輪級：在此顯示當(dāng)前主軸的齒輪級。15）主軸速度倍率：在此顯示當(dāng)前主軸的速度倍率。2.3西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的軟件功能數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)計算機(jī)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

37、口電路和伺服驅(qū)動裝置的專用計算機(jī)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(jī)械設(shè)備動作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和開關(guān)量。CNC（統(tǒng)的核心是CNCg置。由于使用了計算機(jī)，系統(tǒng)具有了軟件功能,又用PLC代替了傳統(tǒng)的機(jī)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(fù)雜的數(shù)控功能，使用、維護(hù)也方便，并具有與上位機(jī)連接及進(jìn)行遠(yuǎn)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(bǔ)數(shù)控機(jī)床硬件所不能直接完成的控制。SINUMERIK802C系統(tǒng)主要的軟件功能可分為加工、參數(shù)、程序、通信和診斷五個操作區(qū)域，如圖2-6所示。在主菜單下可通過所對應(yīng)的

38、軟件進(jìn)入各操作區(qū)域的子菜單、擴(kuò)展菜單，如圖2-7是SINUMERIK802C（統(tǒng)的主菜單及其菜單樹。輸出M數(shù)據(jù)輸入與4刖r圖2-6西門子802C系統(tǒng)軟件功能操作區(qū)域A百IMTO程序笠制1句區(qū)放大搜索工1#除各輪進(jìn)境執(zhí)行先能程序G功能區(qū)放大DRKY功能區(qū)放Xf劇L畫語句區(qū)放大工件里標(biāo)實標(biāo)值放大H箸軸躺G功能R放AM功能區(qū)放k4手輪各軸講第丁件里標(biāo)空際值放大3數(shù)控車床的硬件系統(tǒng)的選擇與連接數(shù)控車床的硬件的選擇數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)伺服驅(qū)動器的選擇伺服驅(qū)動器的工作原理及其對數(shù)控系統(tǒng)和電機(jī)的要求（1）伺服驅(qū)動器的工作原理伺服驅(qū)動器又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類

39、似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位，目前是傳動技術(shù)的高端產(chǎn)品。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(fù)雜的控制算法，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(hù)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。功率驅(qū)動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好

40、的三相電或市電，再通過三相正弦PWW壓型逆變器變頻來驅(qū)動三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。功率驅(qū)動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC勺過程。整流單元（AC-DC主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐?。?）伺服驅(qū)動器對伺服進(jìn)給系統(tǒng)的要求a）調(diào)速范圍寬b）定位精度高c）有足夠的傳動剛性和高的速度穩(wěn)定性d）快速響應(yīng)，無超調(diào)，為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，因為數(shù)控系統(tǒng)在啟動、制動時，要求加、減加速度足夠大，縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。e）低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強(qiáng)，一般來說，伺服驅(qū)動器具有數(shù)分鐘甚至半

41、小時內(nèi)1.5倍以上的過載能力，在短時間內(nèi)可以過載46倍而不損壞。f）可靠性高，要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。（3）伺服驅(qū)動器對電機(jī)的要求a）從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。b）電機(jī)應(yīng)具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載46倍而不損壞。c）為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。d）電機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟、制動和反轉(zhuǎn)。伺服驅(qū)動器的

42、選擇在本次設(shè)計中選用了SIMODRIVE611響服驅(qū)動器SIMODRIVE611胴服驅(qū)動器的概述611U是一種功能可以靈活配置的伺服驅(qū)動系統(tǒng)。用戶可以根據(jù)不同的應(yīng)用場合的要求，組合選擇不同的配置，形成各種不同的應(yīng)用系統(tǒng)。611U可以與SINUMERII802Cbaseline數(shù)控系統(tǒng)組合使用?？梢则?qū)動1FK7伺服電機(jī)和1PH7主軸電機(jī)。驅(qū)動器一般采用位置、速度和力矩三種控制方式，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)，是伺服系統(tǒng)必不可少的組件。SIMODRIVE611U勺組成611U的各個模塊之間采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。它主要由以下幾部分組成：電源模塊（6SN1145/6SN1146；功率模塊（6SN1123；控

43、制板模塊（6SN118;其他附件圖3-1SIMODRIVE611Ua）電源模塊外部強(qiáng)電供電系統(tǒng)經(jīng)過電源模塊連接到各個驅(qū)動單元，將主電源變換為直流母線上的直流電壓。另外，通過電源模塊上的設(shè)備總線提供功率模塊和控制板模塊所需要的各種電源（+/-24V,+/-15V,+5V等等）。電源模塊可以分為非調(diào)節(jié)型電源模塊和調(diào)節(jié)型電源模塊。非調(diào)節(jié)型電源模塊（UI模塊）：輸出功率較低，最大功率為10KW其內(nèi)部含有一個整流電抗器和脈沖電阻器；調(diào)節(jié)型電源模塊（再生反饋模塊）；可以將直流連接線圈產(chǎn)生的多余能量重新輸入，比如講制動產(chǎn)生的能量重新輸入電網(wǎng)系統(tǒng)。這樣可以優(yōu)先電柜的冷卻效果，降低能量消耗，允許各個驅(qū)動軸在恒定

44、直流連接電壓下工作。J0F圖3-2電源模塊b）功率模塊在單軸功率模塊和雙軸功率模塊之分。功率模塊根據(jù)電流安培數(shù)分級，相應(yīng)的必須具有不同的冷卻方式。圖3-3功率模塊c)控制板模塊圖3-4控制板模塊d)其他附件脈沖電阻模塊：脈沖電阻模塊可以實現(xiàn)直流母線的快速放點，將直流母線連接線路的能量轉(zhuǎn)換為熱量損失。當(dāng)最大功率大于200WM,建議使用隔熱板以阻止熱量從上面的模塊傳出來。外部脈沖電阻器：外部脈沖電阻器可以講熱量損耗轉(zhuǎn)移到電柜以外。28KW勺非調(diào)節(jié)型電源模塊需要安裝外部脈沖電阻器。過電壓限制模塊：在接通感應(yīng)負(fù)載或變壓器時，可能會產(chǎn)生過壓。這時需要電壓限制模塊。對于功率為10KW或10KW以上的功率模

45、塊，過電壓限制模塊可以出入到X181接口。脈沖電阻模塊外部脈沖電阻器過電壓限制模塊SIMODRIVE611U勺功能SIMODRIV611U與SINUMERII802Cbaseline一起使用的場合SIMODRIV611U主要具有以下的功能：a）控制板：雙軸Resolver（旋轉(zhuǎn)變壓器）控制板（6SN1118-0NK00-0AA）;單軸Resolver（旋轉(zhuǎn)變壓器）控制板（6SN1118-0NK00-0AA）;b）系統(tǒng)軟件（固件）：nset設(shè)定值c）運行方式：閉環(huán)速度控制方式d）存儲器模塊：固件（系統(tǒng)軟件）；用戶數(shù)據(jù)（參數(shù)）；e）顯示和控制面板：能夠顯示參數(shù)狀態(tài)，設(shè)定參數(shù)；f）調(diào)試工具：“Sim

46、oComUg）通訊：通過串行接口RS232使用SimoComU進(jìn)行通訊；h）接口：每個驅(qū)動器2個模擬量輸出接口（+/10V）;角度編碼器接口（WS破口）；每個驅(qū)動器4個數(shù)字輸入接口、4個數(shù)字輸出接口（可以自由設(shè)定參數(shù)）；2個測試管腳（05V）;安全啟動禁止（AS1/AS2）;i）按鍵和LED燈；上電復(fù)位按鍵/故障紅燈LED;j）編碼器：RESOLVER旋轉(zhuǎn)變壓器，極對數(shù)1和4;k）611U各個部件的功能：電源模塊（NE模塊）：連接到外部3向電網(wǎng)；產(chǎn)生直流母線電壓；驅(qū)動設(shè)備總線；設(shè)備總線：提供控制板的各種電壓和使能信號；直流母線：功率模塊從直流母線中獲取控制電機(jī)的電源；功率模塊：在SIMODRI

47、VER611康統(tǒng)中作為單軸或雙軸控制板使用；存儲模塊：集成在控制板上，可以更換；并具有FEPROMI于儲存固件和用戶數(shù)據(jù)；電機(jī)：連接到功率模塊上；編碼器：電機(jī)中角度編碼器，測量實際位置；調(diào)試工具：SimoComU數(shù)一種調(diào)試工具，用于設(shè)決定參數(shù)、調(diào)試和測試控制板，它是在Windows，95/98/NT2000/XP下運行的軟件使用該工具，可以使用下列功能：對“SIMODRIVE611U通用”模塊參數(shù)化各軸快速；設(shè)定最佳化；下載的系統(tǒng)專用軟件；串接機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)啟動；診斷（如測量功能）；數(shù)控車床主軸系統(tǒng)變頻器的選擇變頻器的工作原理和特點（1）變頻器的工作原理變頻器是把工頻電源（50Hz或60Hz）變換

48、成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機(jī)的變速運行的設(shè)備。如圖4-1所示，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。圖3-5變頻器內(nèi)置電路a）整流器:它與單相或三相交流電源相連接，產(chǎn)生脈動的直流電壓；b）中間電路，有以下三種作用：使脈動的直流電壓變得穩(wěn)定或平滑，供逆變器使用；通過開關(guān)電源為各個控制線路供電；可以配置濾波或制動裝置以提高變頻器性能；c）逆變器：將固定的直流電壓變換成可變電壓和頻率的交流電壓；d

49、）控制電路：它將信號傳送給整流器、中間電路和逆變器，同時它也接收來自這些部分的信號其主要組成部分是：輸出驅(qū)動電路、操作控制電路。主要功能是：利用信號來開關(guān)逆變器的半導(dǎo)體器件；提供操作變頻器的各種控制信號；監(jiān)視變頻器的工作狀態(tài)，提供保護(hù)功能；（2）變頻器的特點a）功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費嚴(yán)重，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。b）軟啟動節(jié)能電機(jī)硬啟動對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生的大電

50、流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費用。變頻器的選擇在本次設(shè)計中選用了西門子MM42度頻器MICROMASTER420器的概述MICROMAST420是用于控制三相交流電動機(jī)速度的變頻器系列。本系列有多種型號，額定功率范圍從120W6U200kW但定轉(zhuǎn)矩（CT）控制方式），或者可達(dá)250kW何變轉(zhuǎn)矩（VT）控制方式，供用戶選用。MM4段頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極

51、型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動機(jī)運行的噪聲。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動機(jī)提供了良好的保護(hù)。MICROMAST420具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡單的電動機(jī)控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動裝置。由于MICROMAST4R0具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級的電動機(jī)控制系統(tǒng)。MICROMASTER）既可用于單獨驅(qū)動系統(tǒng)，也可集成到自動化系統(tǒng)中。MICROMASTER4201器的特征a）主要特性易于安裝，參數(shù)設(shè)置和調(diào)試；易于調(diào)試；牢固的EMC設(shè)計；對控制信號

52、的響應(yīng)是快速和可重復(fù)的；參數(shù)設(shè)置的范圍很廣，確保它可對廣泛的應(yīng)用對象進(jìn)行配置；電纜連接簡便；具有多個繼電器輸出；具有多個模擬量輸出（020mA）;6個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為NPN/PN臉線；2個模擬輸入：AIN1:0-10V,0-20mA和-10至+10V;AIN2:0-10V,0-20mA;2個模擬輸入可以作為第7和第8個數(shù)字輸入；BiCo（二進(jìn)制互聯(lián)連接）技術(shù)；模塊化設(shè)計，配置非常靈活；脈寬調(diào)制的頻率高，因而電動機(jī)運行的噪音低；有多種可選件供用戶選用：用于與PC通訊的通訊模塊，基本操作面板（BOP）,高級操作面板（AOP）,用于進(jìn)行現(xiàn)場總線通訊的PROFIBUS!訊模塊；b）性能特征

53、矢量控制：無傳感器矢量控制（SLVC）;帶編碼器的矢量控制（VC）;V/f控制：磁通電流控制（FCC）,改善了動態(tài)響應(yīng)和電動機(jī)的控制特性；多點V/f特性；快速電流限制（FCL）功能，避免運行中不應(yīng)有的跳閘；內(nèi)置的直流注入制動；復(fù)合制動功能改善了制動特性；內(nèi)置的制動單元（僅限外形尺寸為A至F的MM44改頻器）；加速/減速斜坡特性具有可編程的平滑功能：起始和結(jié)束段帶平滑圓??；起始和結(jié)束段不帶平滑圓?。痪哂斜壤?，積分和微分（PID）控制功能的閉環(huán)控制；各組參數(shù)的設(shè)定值可以相互切換：電動機(jī)數(shù)據(jù)組（DDS）;命令數(shù)據(jù)組和設(shè)定值信號源（CDS）;自由功能塊；動力制動的緩沖功能；定位控制的斜坡下降曲線；c）

54、保護(hù)特性過電壓/欠電壓保護(hù)；變頻器過熱保護(hù)；接地故障保護(hù)；短路保護(hù)；t電動機(jī)過熱保護(hù)；PTC/KTY電動機(jī)保護(hù)；進(jìn)給軸的伺服電機(jī)的選擇伺服電動機(jī)又稱執(zhí)行電動機(jī)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機(jī)兩大類，其主要特點是，當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。在電機(jī)選型中，原則上應(yīng)該根據(jù)負(fù)載條件來選擇伺服電機(jī)。在電機(jī)軸上所加的負(fù)載有兩種，即阻尼轉(zhuǎn)矩和慣量負(fù)載。選型時一般要滿足：電機(jī)最大轉(zhuǎn)速大于系統(tǒng)所需的最高移動轉(zhuǎn)速；電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量與負(fù)載慣量相匹配；電機(jī)額定扭不小于連續(xù)負(fù)載工作扭力；電機(jī)最大輸出扭力大于系統(tǒng)

55、所需最大扭力(加速時扭力)。在設(shè)計中進(jìn)給軸選用1FK7伺服電機(jī)，1FK7電機(jī)是高度緊湊型的永磁同步電機(jī)。根據(jù)不同的應(yīng)用，可以選擇相應(yīng)的編碼器。作為選件的集成齒輪箱和較寬的產(chǎn)品范圍使得1FK7電機(jī)可以方便地應(yīng)用到各種場合。1FK7電機(jī)只有自然風(fēng)冷，沒有外部冷卻系統(tǒng),熱量通過電機(jī)表面散發(fā)。1FK7電機(jī)有很強(qiáng)的過載能力1FK7的優(yōu)點:功率密度高、節(jié)省安裝空間；用途廣泛；型號齊全；極低的轉(zhuǎn)子慣量，極高的動態(tài)響應(yīng);1KF7的應(yīng)用:機(jī)床；機(jī)器人和機(jī)械手；木材、玻璃、陶瓷和石器加工；包裝/塑料和紡織機(jī)器；輔助軸表3-11FK7的參數(shù)電動機(jī)型號1FK7060-5AH71-1額定轉(zhuǎn)速1000rpm額定轉(zhuǎn)矩6.8

56、Nm額定電流4.4A額定功率2.14Kw極對數(shù)4轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量15X104Kgm2堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩8主軸電機(jī)的選擇數(shù)控機(jī)床的主軸軸系是高速、高精度主軸的主體。為使主軸軸系在極寬的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)正常平穩(wěn)工作，必須有合理完善的軸系結(jié)構(gòu)分析，使其工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離其固有頻率,否則會引起巨大的振動，不利主軸的良好運轉(zhuǎn)。主軸電機(jī)用于接受驅(qū)動控制器提供的中頻電，使其電能轉(zhuǎn)換為主軸的機(jī)械能。為適應(yīng)數(shù)控機(jī)床在寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，實現(xiàn)低速大扭矩的特殊性，電機(jī)常被設(shè)計為包功率制。高轉(zhuǎn)速電主軸的支撐通常選用角接觸球軸承。這類軸承可承受較大的軸向載荷和徑向載荷。根據(jù)工作狀況和轉(zhuǎn)速要求，可選用油脂潤滑和油氣潤滑。必要時，還需選用陶瓷球混合型

57、軸承，以提高滾動體的強(qiáng)度和耐熱性。在設(shè)計中主軸選用電機(jī)是西門子公司的1LG0090-6AA型低壓三相交流異步電動機(jī)，具技術(shù)參數(shù)如下表所示。表3-21LG0090-6AA電機(jī)的參數(shù):電機(jī)型號1LG0090-6AA額定功率0.75kW額定轉(zhuǎn)速910rpm額定電壓220VD/380VY效率69%功率因數(shù)0.72額定電流2.29A額定轉(zhuǎn)矩7.9Nm西門子802C數(shù)控系統(tǒng)與各硬件之間的連接西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的接口介紹數(shù)控系統(tǒng)由程序、輸入輸出設(shè)備、計算機(jī)數(shù)字控制裝置、可編程邏輯控制器（PLC）、主軸驅(qū)動裝置和進(jìn)給驅(qū)動裝置等組成，習(xí)慣上稱為CNC8統(tǒng)。CNC裝置由硬件和軟件組成，軟件在硬件的支持下運行，

58、離開軟件硬件便無法工作，二者缺一不可。數(shù)控系統(tǒng)的基本組成如圖3-6所示。圖3-6數(shù)控系統(tǒng)的基本組成CNCI置的系統(tǒng)軟件在系統(tǒng)硬件的支持下，合理地組織、管理整個系統(tǒng)的各項工作，實現(xiàn)各種數(shù)控功能，使數(shù)控機(jī)床按照操作者的要求，有條不紊地進(jìn)行加工。從本質(zhì)特征來看，CNC統(tǒng)統(tǒng)軟件是具有實時性和多任務(wù)性的專用操作系統(tǒng)，從功能特征來看，該操作系統(tǒng)由CNCt理軟件和CNC空制軟件兩部分組成。它是CNC8統(tǒng)活的靈魂。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-7所示。圖3-7CNC系統(tǒng)軟、硬件結(jié)構(gòu)圖在本設(shè)計所用的數(shù)控系統(tǒng)是西門子802C數(shù)控系統(tǒng)，它的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)緊湊、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單，便于經(jīng)濟(jì)的配置備件，其完善自診斷能力也使維修變得簡單

59、。802CBaseline系統(tǒng)可控制23個交流伺服電機(jī)軸和一個伺服主軸或變頻器主軸。802CBaseline由下列各部分組成：a）操作面板（OP020:分為LCD顯示、NC盤和MCM域;b）集成式、緊湊型CNC空制器；c）輸入輸出（DI/0）以及其他接口：48輸入16輸出等；其中西門子802C系統(tǒng)的接口如圖3-8所示。圖3-8SINUMERIK802C系統(tǒng)的接口（1）電源端子X1系統(tǒng)工作電源為直流24V電源，接線端子為X1。如表3-3所示表3-3系統(tǒng)工作電壓（X1）1PE保護(hù)地2M0V3P24直流24V（2）RS232!訊接口X2在使用外部PCf802C進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊或者上傳、下載PLC程序時，

60、使用RS232接口,其各引腳定義如圖3-9所示802S/Cksc1incFC9芯MM頭(孔)。芯。甲!插奘5)J802S/CbaseIinePC。芯D型插頭（孔）25芯口整插頭33umm尸_3TxD1RaBhDSR5(IV4DTKSCTS7RTSrnmKxU2TxD3DTR40V50混6RTS?CTS8rvXL/j.TxD3DTR40V5DSRbRTS?CTSSnIi;!a_iIxDhDSR70V50bTR$CTS4RTS1qI*.is1pB1iiM11*111I?!I!.*:；-L_圖3-9通訊接口（X2）（3）編碼器接口X3X6編碼器接口X3,X4和X5,為SUB-D15芯孔插座，僅用于西