基于西門子802C數(shù)控系統(tǒng)_開發(fā)數(shù)控車床實訓(xùn)臺畢業(yè)設(shè)計(可編輯)

1、基于西門子802C數(shù)控系統(tǒng)_開發(fā)數(shù)控車床實訓(xùn)臺畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)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(xùn)臺 畢業(yè)設(shè)計(論文)原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾:所呈交的畢業(yè)設(shè)計(論文),是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知,除文中特別加以標注和致謝的地方外,不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果,也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體,均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名: 日 期: 指導(dǎo)教師簽名: 日 期: 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、

2、使用畢業(yè)設(shè)計(論文)的規(guī)定,即:按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(論文)的印刷本和電子版本;學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(論文)的印刷本和電子版,并提供目錄檢索與閱覽服務(wù);學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文;在不以贏利為目的前提下,學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名: 日 期: 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明:所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體,均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名: 日期

3、:年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名:日期:年 月 日 導(dǎo)師簽名:日期:年 月 日指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評價: 一、撰寫(設(shè)計)過程 1、學(xué)生在論文(設(shè)計)過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、學(xué)生綜合運用所學(xué)知

4、識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 優(yōu) 良 中 及格 不及格 4、研究方法的科學(xué)性;技術(shù)線路的可行性;設(shè)計方案的合理性 優(yōu) 良 中 及格 不及格 5、完成畢業(yè)論文(設(shè)計)期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格 二、論文(設(shè)計)質(zhì)量 1、論文(設(shè)計)的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范? 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的論文(設(shè)計)任務(wù)(包括裝訂及附件)? 優(yōu) 良 中 及格 不及格 三、論文(設(shè)計)水平 1、論文(設(shè)計)的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、論文的觀念是否有新意?設(shè)計是否有創(chuàng)意? 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、論文(設(shè)計說明書)所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu)

5、 良 中 及格 不及格 建議成績: 優(yōu) 良 中 及格 不及格 (在所選等級前的內(nèi)畫“”) 指導(dǎo)教師: (簽名)單位: (蓋章) 年月日 評閱教師評閱書 評閱教師評價: 一、論文(設(shè)計)質(zhì)量 1、論文(設(shè)計)的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范? 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的論文(設(shè)計)任務(wù)(包括裝訂及附件)? 優(yōu) 良 中 及格 不及格 二、論文(設(shè)計)水平 1、論文(設(shè)計)的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、論文的觀念是否有新意?設(shè)計是否有創(chuàng)意? 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、論文(設(shè)計說明書)所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格 建議成績: 優(yōu) 良

6、 中 及格 不及格 (在所選等級前的內(nèi)畫“”) 評閱教師:(簽名) 單位: (蓋章) 年月日 教研室(或答辯小組)及教學(xué)系意見 教研室(或答辯小組)評價: 一、答辯過程 1、畢業(yè)論文(設(shè)計)的基本要點和見解的敘述情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 及格 不及格 二、論文(設(shè)計)質(zhì)量 1、論文(設(shè)計)的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范? 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的論文(設(shè)計)任務(wù)(包括裝訂及附件)? 優(yōu) 良 中 及格 不及格 三、論文(設(shè)計)水平 1、論文(設(shè)計)的理論意義或?qū)鉀Q實際

7、問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、論文的觀念是否有新意?設(shè)計是否有創(chuàng)意? 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、論文(設(shè)計說明書)所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格 評定成績: 優(yōu) 良 中 及格 不及格 (在所選等級前的內(nèi)畫“”) 教研室主任(或答辯小組組長):(簽名) 年月日 教學(xué)系意見: 系主任:(簽名) 年月日基于西門子802C數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)數(shù)控車床實訓(xùn)臺 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步設(shè)社會生產(chǎn)力的不斷斷發(fā)展,以數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)的先進制造技術(shù)正以較快的速度逐步取代傳統(tǒng)的機械制造技術(shù) ,這已成為當今機械制造技術(shù)發(fā)展的趨勢。數(shù)控機床在制造業(yè)中的大量應(yīng)用 ,使社會對能熟練掌握數(shù)控機床

8、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 。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(shè)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(xùn)臺就變得很有必要。 本設(shè)計是基于西門子公司的SINUMERIK 802C數(shù)控車床實訓(xùn)臺開發(fā)設(shè)計,首先應(yīng)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(xùn)臺的硬件進行選擇,了解各個模塊的工作原理,

9、并設(shè)計外部硬件線路,最終設(shè)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(xué)校教學(xué)實際需求的專用實驗設(shè)備。不僅可作為數(shù)控車床電氣故障的維修實訓(xùn)設(shè)備,也可作為數(shù)控車床的實際加工操作實訓(xùn)設(shè)備。該裝置可以使學(xué)生掌握數(shù)控車床系統(tǒng)控制原理、電氣設(shè)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(xué)員培訓(xùn)費用高的問題,而且更能體現(xiàn)仿真操作的真實性,使教學(xué)效果得到明顯提高。 關(guān)鍵詞:數(shù)控系統(tǒng),車床,伺服系統(tǒng),控制 Based on simens 802C CNC sys

10、tem development training sets CNC latheAbstract:With the continuous progress of science 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 mechanic

11、al manufacturing technology,which has become the trend of mechanical manufacturing technology developmentC 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 growing.In

12、recent years the institutions appropriate to write NC professional,from the level of education reflects this demand of the community.But it also put forward to us how the teaching of numerical control training project on the application of numerical control talentsC talents training cannot be separa

13、ted from practice,and today the real production of CNC equipment prices are generally very expensive,so research and development of a system for economical numerical control imitating real training will become necessary. This design is based on Siemens company of SINUMERIK 802C NC lathe real trainin

14、g Taiwan development design,first should has solutions and master has Siemens 802C 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 tr

15、aining Taiwan of hardware for select,understanding each module of work principle,and 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 exper

16、imental device.Not only can be used as electrical faults of NC lathe repair training equipment,or as actual machining of numerical control lathe operation training devices.The appliance can make students master the electrical design of NC lathe system control theory,methods,components selection,lath

17、e of fault diagnosis of electrical installation and commissioning,maintenance,programming and graphic simulation of machining process of parts and many other experimental content,reach industrial production practice.Procedure into line with actual production,and economical and practical,not only sol

18、ve the problem of the high cost of training,but also to reflect the authenticity of the simulation operation,for teaching to be improved significantly. Keyword:Nc system,Lathe,Servo system,Control 目錄1 緒論11.1 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11.2 我國數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀及前景21.3 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52.1 西門子

19、802C數(shù)控系統(tǒng)概述52.2 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103 數(shù)控車床實訓(xùn)臺的性能要求123.1 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133.2 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163.3 數(shù)控車床實訓(xùn)臺的設(shè)計要求173.3.1 數(shù)控機床實訓(xùn)臺的控制功能173.3.2 數(shù)控機床實訓(xùn)臺的操作功能173.3.3 數(shù)控機床實訓(xùn)臺的診斷功能183.3.4 數(shù)控機床實訓(xùn)臺的基本

20、配置183.3.5 數(shù)控機床實訓(xùn)臺的要達到的實訓(xùn)項目184 數(shù)控車床實訓(xùn)臺硬件系統(tǒng)實現(xiàn)194.1 數(shù)控車床實訓(xùn)臺硬件系統(tǒng)的設(shè)計原則194.2 數(shù)控車床實訓(xùn)臺硬件系統(tǒng)的硬件選擇194.2.1 伺服驅(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(xùn)臺必需的其他組件244.3 實訓(xùn)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(xùn)臺的操作375.1 實訓(xùn)臺基本操作375.1.1 安全上電操作3

21、75.1.2 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(shè)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405.2 進給驅(qū)動單元的調(diào)試與應(yīng)用415.2.1 伺服電機的工作原理和特點415.2.2 實訓(xùn)臺進給模塊介紹415.2.3 系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)說明435.3 主軸變頻器的調(diào)試與應(yīng)用435.3.1 變頻器說明書的有關(guān)內(nèi)容435.3.2 主軸參數(shù)設(shè)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1.1 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

22、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)的零件約占總量的80%以上。對這些多品種、小批量、形狀復(fù)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(shù)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(yīng)小批量、多品種的生產(chǎn)要求。

23、為了解決上述問題,一種靈活、高精度、高效率的自動化設(shè)備?數(shù)控機床應(yīng)運而生。 1952年美國帕森斯公司和麻省理工學(xué)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。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(fù)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(shù),具有強大的生命力,它的出現(xiàn)開辟了工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)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

24、發(fā)展 最早采用數(shù)字控制技術(shù)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,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(xué)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(shù),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

25、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(Flexible Manufacturer System)柔性制造系統(tǒng)。隨著計算機技術(shù)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

26、統(tǒng)得到了飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)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(chǔ)。數(shù)字控制系統(tǒng)的許多優(yōu)點使數(shù)控機床得到了廣泛發(fā)展,數(shù)控技術(shù)還被廣泛應(yīng)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(shè)備上。1.2 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(shù)的發(fā)展,世界機床業(yè)已進入了以數(shù)字化制造技術(shù)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(chǔ)。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

27、效應(yīng)。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,2003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(guān),是“九五”末期的4.24倍。“十五”期間,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,

28、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(guān)

29、鍵設(shè)備主要依靠進口,技術(shù)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(shè)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(shù)方面的差距則達到了10-15年。同時中國在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面的能力也還比較低,相關(guān)的技術(shù)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(yīng)。同時,中國的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)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

30、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(shè)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(shù)水平。 “十二五”期間,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(yù)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(shù)方面也將得到大幅度提高,現(xiàn)在國外的部分技術(shù)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。1.3 本課題的研究背景

31、及意義 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步設(shè)社會生產(chǎn)力的不斷斷發(fā)展,以數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)的先進制造技術(shù)正以較快的速度逐步取代傳統(tǒng)的機械制造技術(shù) ,這已成為當今機械制造技術(shù)發(fā)展的趨勢。數(shù)控機床在制造業(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 。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(shè)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(xùn)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

32、訓(xùn)臺不僅可作為數(shù)控車床電氣故障的維修實訓(xùn)設(shè)備,也可作為數(shù)控車床的實際加工操作實訓(xùn)設(shè)備。該裝置可以使學(xué)生掌握數(shù)控車床系統(tǒng)控制原理、電氣設(shè)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。該裝置采用開放式結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計,既可用于教學(xué)、也可用于課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和實訓(xùn),有利于提高學(xué)生設(shè)計數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)、診斷數(shù)控設(shè)備故障的能力,使受訓(xùn)對象最大限度地適應(yīng)和滿足市場需求。該裝置也可以幫助科研技術(shù)人員進一步了解數(shù)控銑床結(jié)構(gòu),同時也為技術(shù)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

33、解決了學(xué)員培訓(xùn)費用高的問題,而且更能體現(xiàn)仿真操作的真實性,使教學(xué)效果得到明顯提高。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 SINUMERIK 802C base line是在SINUMERIK 802C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

34、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、I/O于一身可獨立于其他部件進行安裝等優(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)2.2 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

35、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(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

36、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。 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。2.2.3 機床控制面板各按鍵

37、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1:1 4)急停開關(guān) 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。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

38、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: 15)進給軸倍率增加鍵(帶LED):按動此鍵,進給軸倍率增大。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%

39、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(shè)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%時(最小)LED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(最小)

40、LED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)復(fù)位鍵:按此鍵,系統(tǒng)復(fù)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

41、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(fù)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)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

42、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(shè)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(guān)量。CNC系統(tǒng)的核心是CNC裝置。由于使用了

43、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(fù)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(yīng)的軟件進入各操作區(qū)域的子菜單、擴展菜單,如圖2-6是SINUMERIK 802C系統(tǒng)的主要軟件功能菜單項。 圖2-5 SINUMERIK 802C 系統(tǒng)軟件功能操作區(qū)域 圖2-6 SINUMERI

44、K 802C 系統(tǒng)的主要軟件功能菜單3 數(shù)控車床實訓(xùn)臺的性能要求3.1 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(shù)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: 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,

45、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(shè)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(guān)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

46、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,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,因此稱之為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)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,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,

47、直至到達實際位置,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(fù)雜,而且設(shè)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)。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(shè)備的成本介于開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)之間。

48、 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(shè)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、機床本體及測量裝置組成。圖3-5是數(shù)控機床的硬件構(gòu)成。 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(shè)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(yīng)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(yīng)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

49、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。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)控裝