数控伺服系统.doc

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职业技术学院

学生课程设计报告

课程名称：

数控技术

专业班级：

职教机电082

姓名：

刘志钊

学号：

8080514231

学期：

2011-2012上学期

目录

一、课程设计题目描述和要求………………………………………4

1.1、课程设计题目…………………………………………………4

1.2、课程设计要求…………………………………………………4

二、课程设计报告内容………………………………………………4

2.1、西门子802C数控系统介绍…………………………………4

2.2、数控系统各部分的连接和接口………………………………7

2.3、参数设置……………………………………………………13

三、总结………………………………………………………………15

四、致谢………………………………………………………………16

五、参考文献…………………………………………………………17

摘要

本设计讲述了基于西门子802C数控铣床电气控制线路的原理，说明了传动部分的接口线路设计。

铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。

铣床除了能铣削平面、沟槽、齿轮、螺纹和花键轴之外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到了广泛应用。

最早的铣床是美国人惠特尼于1818年创制的卧式铣床；为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于1862年创制了第一台万能铣床，这事升降太铣床的雏形；1884年前后又出现了龙门铣床；20世纪20年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-决速”或“决速-进给”的自动转换。

1950年以后，铣床在控制系统发面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。

尤其70年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到广泛应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度和效率。

关键词:

西门子802C数控铣床，电器原理图，数控铣床

一、课程设计目的

①了解各种电机调速的优缺点；

②理解铣床闭环进给的基本要求；

③掌握802C系统进给电气系统的接线；

④掌握802C系统变频器的接线。

二、课程设计题目描述和要求

1.1、课程设计题目

数控铣床闭环进给系统电气设计

1.2、课程设计要求

设计基于SINUMERIK802C的数控铣床进给系统。

要求：

熟悉SINUMERIK802C的功能和电气安装，针对铣床数控化改造的要求，拟定进给系统的改造方案，在此基础上，设计进给系统的电气接线原理图，主要包括系统电源、伺服驱动装置、检测装置等与数控系统的电气接口线路设计，并根据设计方案确定进给系统的参数设置。

二、课程设计报告内容

2．1、西门子802C数控系统介绍

2.1.1、西门子802C数控系统的基本功能

 西门子802C系统是西门子公司专门为中国市场开发的一种经济型数控系统，具有较高的性价比，并在中低端车床、铣床以及机床改造等领域有极其广泛的应用。

802C系统可控制3个伺服电机进给轴和1个伺服主轴，采用集成式PLC，分离式小尺寸操作面板和机床控制面板；安装调试方便快捷、操作编程简单方便，具有可靠性高、稳定性强的特点；是一种较先进的经济型CNC数控系统。

802C数控系统由以下几部分组成：

操作面板、机床面板、NC单元、输入输出模块等。

NC单元是802C系统的核心部件，其上具备连接数控系统其它部件的各种接口，包括操作面板接口X9、进给轴/主轴驱动接口X7、进给轴/主轴编码器接口X3~X6、电子手轮接口X10等，如图1所示。

进给轴/主轴驱动接口X7提供±10V模拟驱动器接口，通常用于驱动1FK7交流伺服电机和1PH7交流主轴电机。

802C系统提供16I/16O的DI/O模块，并可根据机床配置需求，最多可配置4个同种型号的模块。

2.1.2、系统配置方案研究

1、西门子802C数控系统配置

802C数控系统配置和连接图如图1所示。

图1数控系统配置和连接

2、电柜设计及电源选用

1、在设计电柜时应注意以下事项：

（1）电柜应有冷却或通风装置，在使用风扇时必须在进气窗口安装防尘过滤网；

（2）电柜中的所有部件必须安装在无油漆的镀锌金属板上；

（3）电柜的防护等级为IP54；

（4）接地应遵守国标GB／T5226．1--2002／IEC60204--1：

2000“机械安全机械电气设备第1部分：

通用技术条件’’；

（5）电柜中布线时，交流电源线（如85VAC，220VAC，380VAC以及变频器到主轴电机的电缆）必须与24VDC电缆和信号线电缆分开走线；

（6）系统直流稳压电源24VDC之前需接入隔离变压器（控制变压器380VAC一220VAC，JBK3．400VA）。

步进驱动85VAC必须采用独立的隔离变压器（驱动变压器380VAC85VAC，JBK3系列）。

两个变压器的初级不可以接入到380VAC的同一相。

（7）现场没有良好接地的情况下，控制变压器必须为浮地设计，但此时任何与

CNC控制器连接的外设（如PC等），其220VAC电源必须连接到控制变压器。

2、24VDC电源选用

CNC控制器采用24V直流供电，系统可在24V一15％至J+20％之间正常工作。

直流电源的质量是系统稳定运行的关键，所以在选择电源时，其输出波形应如图4所示。

24V直流电作为低压电源必须具有可靠的电隔离特性（按照IEC204-1，条款6．4，PELV）。

因此我们选用西门子配套的24V直流稳压电源。

数字输入和输出所需的24VDC用独立的24V直流电源，而不能与CNC控制

器共用同一个24VDC稳压电源。

所有输入信号必须为电平信号，即“0”电平[一3V～5voc]和“1”电平[11V～30VDC]。

悬空和高阻信号均为“0”电平。

2．2、数控系统各部分的连接及接口

2.2.1、系统的接线

SINUMERIK802Cbaseline控制器与伺服驱动电机的连接如图1所示。

连接电缆必须使用屏蔽电缆。

在系统一侧，电缆内屏蔽层必须与插头中的金属壳相连，为了使模拟量的指令值信号免受低频信号的干扰，驱动一侧的屏蔽不能接地。

2.2.2、接口布置

1、CNC部分

（1）X1电源接口（DC24V）：

3芯螺钉端子块，用于连接24V负载电源。

（2）X2RS232接口（V24）：

9芯D型插座。

（3）X3到X5测量系统接口（ENCODER）：

3个15芯D型插头，用于连接增量型编码器（RS422）

（4）X6主轴接口（ENCODER）：

15芯D型插座，用于连接一个主轴式增量编码器。

（5）X7驱动接口（AXIS）：

50芯D型插座，用于连接具有包括主轴在内最好4个模拟驱动的功率模块。

（6）X10手轮接口（MPG）:

10芯插头，用于连接手轮。

（7）X20数字输入（DI）：

10芯插头，用于连接NC-READY继电器。

2、DI/O部分

（1）X100到X105：

10芯插头，用于连接数字输入。

（2）X200到X201:

10芯插头，用于连接数字输出。

3、调试开关S3

4、保险丝F1,外部设计可以是用户方便的更换。

2.2.3、接口连接

（1）进给驱动的连接（X7）,采用50芯D型插座（针），插座X7引脚如表2—1所示。

表2—1插座X7引脚

（2）测量系统的连接（X3—X6），采用15芯D型插座，插座X3—X6引脚如表2—2所示。

表2—2X3—X6引脚

信号名称信号类型

A,A_NA相信号VO电压输出（电源）

B,B_NB相信号I5V输入（5V信号）

Z,Z_N零脉冲信号

P5_MS电源+5.2V

（3）数字输出端的连接（X200—X201）,采用10芯接线端子，插座X200—X201引脚如下表所示，表2—4.

表2--4插座X200—X201引脚

信号说明

DO0—DO15数字输出0—15，最大电流500mA

DO0/CW数字输出0/单级主轴，顺时针方向，最大电流500mA

DO1/CCW数字输出1/单级主轴，逆时针方向，最大电流500mA

1P24，M数字输出0—7供电

2P24,M数字输出8—15供电

（5）CNC电源，CNC所需的24VDC负载电源接到接线端子X1上。

24V直流电作为低压电源必须具有可靠的电隔离特性。

表2—5负载电源电气参数

表2—6接线端子X1端子分配

2.2.4、802C与SIMDDRIVEbaseline驱动器的连接

（1）802C的进给驱动和主轴的连接接口X7，与SIMDDRIVEbaseline驱动器速度给定值接口X321/322以差分形式连接到该接口的端子56和端子14上，端子定义如表2--7所示。

表2—7端子定义

（2）802C的测量系统连接接口X3—X6，与SIMDDRIVEbaseline驱动器位置反馈值接口X391/X392连接，X391/X392的引脚分配如表2—8所示。

表2—8X391/X392的引脚分配

（3）802C的数字输入端接口X100—X105的I1.0、I1.1端子,与SE1—SE4接口连接。

（4）802C的数字输出端接口X200—X201的Q1.0,Q1.1端子，与SIMDDRIVEbaseline驱动器的使能接口X331/X332的端子633和端子65.1连接，脉冲使能和控制器使能分别通过接口X331和X332接入接入，X331/X332的端子定义如表2—9所示。

端子

名称

功能

类型

电压（V）

导线截面积

633

X331

脉冲使能

输入端

+21--30

1.5

65.1

X332

控制器使能

输入端

+13--30

1.5

如表2—9X331/X332的端子定义

（5）SIMDDRIVEbaseline驱动器的使能接口X331/X332的端子633和端子65.1，分别与使能端子排X141A的端子64和端子63连接，X141A的端子定义如表2—10所示。

端子

名称

功能

类型

电压（V）

导线截面积

63

X141A

脉冲使能

输入端

+13--30

1.5

64

X141A

控制使能

输入端

+13--30

1.5

如表2—10X141A的端子定义

（6）编码器与SIMDDRIVEbaseline驱动器的编码器（旋转变压器）接口X311/X312连接，X311/X312的引脚分配如表2—11所示。

表2—11X311/X312的引脚分配

（7）SIMDDRIVEbaseline驱动器的电子电源地接口X131，必须使用一根截面积4mm²的接地线连接到数控系统的接地点。

2.3、参数设置

2.3.1、PLC参数设置

当系统各部件连接完毕后，系统首次上电将出现的700000报警画面。

此时必须调试PLC应用程序中的相关动作，如急停、硬限位等。

SINUMERIK802Sbaseline在出厂时已经预装了“SAMPLE·PTP”——集成PLC实例应用程序。

通过设定PLC机床参数，可以对PLC实例应用程序的功能进行配置，以实现所需的控制功能。

PLC相关参数设置如下：

1、MDl4512PLC机床参数设置

MDl4512[0]=FFHMDl4512[1]=8FHMDl4512[2]=B3H

MDl4512[3]=OFHMDl4512[4]=37HMDl4512[5]=10H

MDl4512[6]=00HMDl4512[7]=00HMDl4512[11]=89H

MDl4512[12]=01HMDl4512[16]=0CHMDl4512[17]=00H

MD14512[18]=00H

2、MDl4510PLC机床参数设置

MDl4510[12]=15MDl4510[13]=15MDl4510[16]=0

MDl4510[17]=0MDl45lO[20]=4MDl4510[21]=100

MDl4510[22]=15MDl4510[26]=23MDl4510[27]=29

MDl4510[30]=27MDl4510[31]=25

2.3.2、机床参数设置

1、坐标轴参数设置

30130[X、Z]=230240[X、Z]=334200[X、Z]=4

31020[X、Z]=100031400[X、Z]=100031030[X]=4

31030[Z]=63l050[X]=2031050[Z]=20

31060[X]=3231060[Z]=2432000[X]=1200

32000[Z]=240032010[X]=120032010[Z]=2400

32020[X]=100032020[Z]=150032260[X、Z]=480

36200[X]=135036200[Z]=270031350[X、Z]=8000

2、进给轴动态特性参数设置

35220[X、Z]=l35230[X、Z]=O32300[X]=0.7

32300[Z]=1．4

3、参考点调试

34000[X、Z]=l34010[X、Z]=O34020[Z]=1000

34020[Z]=200034040[X]=15034040[Z]=300

34050[X、Z]=034060[X]=1034060[Z]=20

34070[X]=5034070[Z]=10034080[X、Z]=-2

34100[X]=15034100[Z]=900

4、软限位与反向间隙补偿设置

36100[X]=-3036100[Z]=036110[X]=200

3611O[Z]=120032450[X、Z]=0

5、旋转监控功能设置

31100[X]=160031100[Z]=120031110[X、Z]=10

6、丝杠螺距误差补偿

32700[X、Z]=0

7、主轴参数调试

30130[SP]=130240[SP]=230200[SP]=1

30240[SP]=231020[SP]=100032260[SP]=1700

36200[SP]=200036300[SP]=3000035010[SP]=0

8、显示机床数据设置

206=3207=3208=3210=3216=3217=3

三、总结

系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程，更是进一步学习和探索的过程。

在这个过程中我对802C系统电器原理图有了深刻的认识，对机械工作原理有了进一步的掌握，对进给系统的分析与设计有了切身的认识与体会，并在学习和实践的过程中增长了知识，丰富了经验。

进给系统的开发设计是一项复杂的过程，必须严格按照系统分析，系统设计，系统实施，系统运行与调试的过程来进行。

系统的分析与设计是一项非常幸苦的工作，同时也是充满乐趣的过程。

在设计过程中，要边学习边实践，遇到新的问题就不断探索和努力，即可是问题得到解决。

在设计中深刻体会到理论必须和实践相结合。

虽然收集了大量的资料，但在实际应用中却有很多的差异，出现了很多意想不到的问题。

许多问题在课本上是这样的，而在实际应用中却很多不一样，在经过多次分析修改后，才设计出达到进给要求的系统。

四、致谢

在张强老师的耐心指导下和小组同学的积极讨论下，最后通过自己的努力终于完成了本次课程设计，尽管在本次设计中遇到了还跟多问题，如802C系统电气接口线路的设计，后来通过老师的讲解，最终掌握了这个问题。

通过这样一个过程，让我们不仅锻炼了自己的能力，而且检验了自己的学习效果，还让我们认识到了自己的不足。

有了这个经验，对我们以后完善自己的不足很具有指导意义，另外，也会让我们更快的适应以后的学习工作。

五、参考书目

[1]《数控原理与系统》，汪木兰，机械工业出版社，北京，2004年

[2]《数控机床系统设计》，文怀兴，夏田，化学工业出本社，北京，2005年

[3]《电气控制技术》，夏田，陈婵娟，祁广利，化学工业出本社，北京，2007年

[4]《机电一体化系课程设计指导书》，尹志强，机械工业出版社，北京，2007年

[5]《机床设计手册》，李洪，辽宁科学技术出版社，北京，1999年

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