数控技术课程设计报告-数控车床开环进给系统电气设计.doc

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： 学 号： 学 期：2011-2012上学期目 录一、 课程设计题目描述和要求41.1、课程设计题目41.2、课程设计要求4二、 课程设计报告容4 2.1、西门子802S数控系统介绍 4 2.2、数控系统各部分的连接及接口设计8 2.3、回参考点配置 14 2.4、参数设置 15三、 结论17四、 致谢18五、 参考文献19摘要中国是一个传统的机械制造大国，但其装备水平落后，特别是一些老机械制造厂大多还是比较旧的机床，远远不能满足加工的要求。针对目前制业的技术装备现状，对传统机械制造业装备进行改造，解决机械制造业中的些技术问题，用现代先进技术对旧的设备进行改造和提升，是我国制造业的展方向。本课题是针对普通车床进行数控化改造，现实意义在于如何寻找一种可行的、有推广价值的设备改造方法，对传统机制造行业的技术装备进行技术提升，以解决目前设备老化所带来的问题。根据数控车床所承担加工任务的特点，其加工的零件类型大多分为轴类套类、盘类等，依据成组工艺技术的原理，我们提出首先编写各类零件成组艺，依据成组工艺，编写数控程序，将数控加工程序编号存入PC机中的方法完成对零件的快速程序编制，提高生产效率。通过这种方法，可以变小批生为“大”批生产，可以有效的提高生产效率，同时降低对操作人员的要求。关键词: 机床改造， 数控技术， 数控机床一、课程设计题目描述和要求1.1、课程设计题目数控车床开环进给系统电气设计1.2、课程设计要求设计基于SINUMERIK 802S的数控车床进给控制系统。要求：熟悉SINUMERIK 802S的功能和安装调试方法、针对车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21、西门子802S数控系统介绍2.1.1、西门子802S数控系统的基本功能德国西门子公司生产的802S数控系统是一种专门针对中国市场开发的经济型机床数控系统。它采用32位的微处理器(AM486DE2 )、集成PLC，分离式小尺寸操作面板、液晶显示器和机床控制面板。802S可以控制2-3个步进电机驱动的进给轴和一个主轴。802S数控系统的基本功能如下:1.线性插补轴最多3轴(开环)。2.一个变频器驱动的主轴，具有主轴编码器反馈接口11。3.PLC模块具有16个输入点和16个输出点，经扩展可以达到64个输入点和64个输出点。4.支持中/英文转换。5.螺距补偿和间隙补偿。6.具有故障报警信息显示和诊断数据显示。7.支持车削循环和铣削循环。8.刀具补偿功能。9.螺旋插补功能。10.用户程序存储器256K.11.可以扩展两个电子手轮。12.通过特定的参数设置可以获得示教功能。2.1.2、系统配置方案研究1、西门子802S数控系统配置802S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GBT52261-2002IEC60204-1：2000“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，JBK3400VA)，如图2所示。步进驱动85VAC必须采用独立的隔离变压器(驱动变压器380VAC 85VAC，JBK3系列)，如图3所示。两个变压器的初级不可以接入到380VAC的同一相。图2控制变压器图3驱动变压器(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，如图2所示。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64，PELV)，其电气参数如表1所示。因此我们选用西门子配套的24V直流稳压电源。图4电源波形表1负载电源电气参数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”电平一3V5voc和“1”电平11V30VDC。悬空和高阻信号均为“0”电平。22、数控系统各部分的连接及接口设计2.2.1、系统的接线SINUMERIK 802S base line控制器与步进驱动STEPDRIVE CC+和步进电机的连接如图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芯孔式端子排，用于连接24VDC负载电源；(2)X2通信接口(RS232)：9芯D型针式插座；(3)X20高速输入接口(BERO)，10芯针式端子排，用于连接NCREADY继电器和BERO接近开关。2、DIO部分：(1)X2003到X2004，各为10芯插头，用于数字输入；(2)X2005到X2006，各为10芯插头，用于数字输出；3、S2系统总清开关；4、调试开关S3启动方式选择开关；5、保险丝F1 4A保险丝，外部设计使用户可以方便地更换。6、D15 7字段LED显示当前系统的工作状态。2.2.3、 PLC输入输出接口定义SINUMERIK 802S base line在出厂时已经预装了“SAMPLE·PTP”集成PLC实例应用程序，我们在定义系统输入输出接口的时候，可以与厂家提供的PLC实例程序中的接口定义保持一致，这样在改造的过程中，我们就无需自编PLC程序，只需利用厂家提供的“SAMPLE·PTP"PLC实例程序就可以了，所要做的工作只是设定一下PLC机床参数。本次改造的输入输出接口定义如表2所示。2.2.4、接口连接1、电源端子的连接(X1)系统工作电源为直流24V电源，接到接线端子X1上。其CNC-倾jJ端子分配如表3所示。表2 PLC输入输出接口定义信 号 说 明输入信号 接口: X2004I0.0X+ 限位I0.1Z+ 限位I0.2X- 限位I0.3Z- 限位I0.7急停（主轴控制需要的）表3电源端子X1端子分配2、步进及主轴驱动器与CNC控制器的连接(X2)X7用于将步进驱动器及主轴驱动器同CNC控制器相连，电缆分配如表4所示。连接示意图如图5所示。图5步进及主轴驱动器与802S base line的连接表4电缆分配3、高速输入接口(X20)通过接线端子X20可以连接3个接近开关，其引脚说明见表5。由于数控车床只有X和Z两轴，所以需要两个接近开关。如图6所示，SQll、SQl2分别为X轴、Z轴回参考点接近开关(霍尔式、PNP型常开、有效电平为DC24V)，分别接入高速输入接口X20的3号管脚HI 1和5号管脚HI 3。表5高速输入接口x20引脚信号说明3HI_1X轴参考点脉冲5HI_3Z轴参考点脉冲图6 X20接线图4、数字输入端的连接(X2004) PLC数字输入接口X2004的接线如图7所示，SQ5、SQ6、SQ7、SQ8分别为X+硬限位、Z+硬限位、X-硬限位、Z-硬限位，当主电机、刀架电机或冷却泵电机过载时将闭合，其产生的过载信号从106数字输入口输入。SBl为急停按钮，当被按下时，所有PLC输出端VI均无信号输出。SQ5、SQ6、SQ7、SQ8和SBl均采用常闭逻辑。若采用常开逻辑，则当P24端子到PLC输入点线路接触不良或开路时会造成SQ5等无效(即便是SQ5等闭合)，从而会导致机床出现重大事故。而采用常闭逻辑(负逻辑)，则可避免事故的发生。因为当P24端子到PLC的输入点之间的线路出现开路或接触不良时，该点被认为有效，机床会立即报警，这样就保证了机床只有在电路连接良好的情况下才能正常运行，提高了机床的安全性。图7 X2004接线图2.2.4、步进电机的连接步进电机选择两相混合式步进电机细分驱动器 SH-20504，其具有以下特点：1. 全新双级恒相流加细分控制模式2. 创新的动态寻优电路使性能最优化3. 最大40细分的多种细分模式可选4. 24V50V直流供电5. 最大输出驱动电流4A/相6. 输入信号TTL兼容且光电隔离7. 输出电流可方便设定8. 过流、过压、错相保护9. 脱机保持功能10. 精巧的外形尺寸便于安装步进电动机的接线图如图9所示。图9 步进电动机的典型接线图2.3、回参考点配置为了使系统在开机以后能够立即精确地识别机床零点，必须使系统与进给轴的位置测量系统进行同步，该过程就是所谓的回参考点过程531。对于使用步进电机的进给轴，尽管没有测量系统，但也必须有回参考点过程。为了确定参考点位置，每个坐标轴必须配备一个接近开关(PNP型常开，即24VDC电平输出)，用于产生返回参考点的零脉冲。返回参考点的配置形式有两种：分别为双开关方式和单开关方式。为了提高返回参考点的速度、精度和可靠性，决定采用双开关方式，如图10所示。该方式可高速寻找减速开关，然后低速寻找接近开关。图10双开关方式接近开关的布置系统在返回参考点时有两种采样接近开关的方式，如图11所示。1、系统采样接近开关上升沿，以上升沿有效电平作为参考点脉冲，如a)所示；2、系统在采样完上升沿后，系统控制坐标继续运动，记录上升沿参考脉冲后的运动距离，同时采样接近开关的下降沿。在采样到下降沿后计算两沿的中点，以此作为坐标的参考点，如b)所示。图11采样接近开关方式2.4、参数设置2.4.1、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。SINUMERIK802S base line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、MDl4512 PLC机床参数设置MDl45120=FFH MDl45121=8FH MDl45122=B3HMDl45123=OFH MDl45124=37H MDl45125=10HMDl45126=00H MDl45127=00H MDl451211=89HMDl451212=01H MDl451216=0CH MDl451217=00HMD1451218=00H2、MDl4510 PLC机床参数设置MDl451012=15 MDl451013=15 MDl451016=0MDl451017=0 MDl45lO20=4 MDl451021=100MDl451022=15 MDl451026=23 MDl451027=29MDl451030=27 MDl451031=252.4.2、机床参数设置1、坐标轴参数设置30130X、Z=2 30240X、Z=3 34200X、Z=431020X、Z=1000 31400X、Z=1000 31030X=431030Z=6 3l050X=20 31050Z=2031060X=32 31060Z=24 32000X=120032000Z=2400 32010X=1200 32010Z=240032020X=1000 32020Z=1500 32260X、Z=48036200X=1350 36200Z=2700 31350X、Z=80002、进给轴动态特性参数设置35220X、Z=l 35230X、Z=O 32300X=0.732300Z=143、参考点调试34000X、Z=l 34010X、Z=O 34020Z=1000 34020Z=2000 34040X=150 34040Z=30034050X、Z=0 34060X=10 34060Z=2034070X=50 34070Z=100 34080X、Z=-234100X=150 34100Z=9004、软限位与反向间隙补偿设置36100X=-30 36100Z=0 36110X=2003611OZ=1200 32450X、Z=05、旋转监控功能设置31100X=1600 31100Z=1200 31110X、Z=106、丝杠螺距误差补偿32700X、Z=07、主轴参数调试30130SP=1 30240SP=2 30200SP=130240SP=2 31020SP=1000 32260SP=170036200SP=2000 36300SP=30000 35010SP=08、显示机床数据设置206=3 207=3 208=3 210=3 216=3 217=3三、结论本次课程设计，在指导教师的精心指导下，掌握了设备数控化改造的主要技术关键环节，对数控设备、数控技术有了更进一步的了解和掌握，了解了数控设备、数控技术的发展趋势，指明了以后的发展方向，必将为以后的学习和工作起到很大的作用。数控技术是在微型计算机为代表的微电子技术，信息技术迅猛发展，向机械领域迅猛渗透，机械电子技术深度结合现代工业。从目前的观点出发，根据目前我国数控机床功能目标和优化组织结构目标以智能、动力、结构、运动传递进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，暂时推动了数控行业的发展也推动我国整体工业的进步。随着科技的进步与广泛的应用，以及我国综合国力的不断提高，我国数控产业成为世界一流的目标再不久的将来一定会实现的。四、致谢 本文课程设计得到了指导教师张强的精心指导，同时也得到了小组成员徐金义、张暐的帮助和支持，使得本次课程设计得以顺利地完成。在设计过程中，张老师多次提出建设性的意见，给我们指明了方向，讲解了西门子802S系统的详细操作以及电气图的画法，提出了课题的研究思路和方向，使本设计得以完成。在这里对老师表示衷心的感谢!也感谢帮助我的同学。 五、参考书目1 汪木兰，数控原理与系统，机械工业出版社，北京，2004年2 文怀兴，夏田，数控机床系统设计，化学工业出本社，北京，2005年3 夏田，陈婵娟，祁广利，电气控制技术，化学工业出本社，北京，2007年 20