數(shù)控伺服系統(tǒng)

1、 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱： 數(shù)控技術(shù) 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 職教機(jī)電082 姓 名： 劉志釗 學(xué) 號(hào)： 8080514231 學(xué) 期：2011-2012上學(xué)期目 錄一、 課程設(shè)計(jì)題目描述和要求41.1、課程設(shè)計(jì)題目41.2、課程設(shè)計(jì)要求4二、 課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容4 2.1、西門(mén)子802C數(shù)控系統(tǒng)介紹 4 2.2、數(shù)控系統(tǒng)各部分的連接和接口7 2.3、參數(shù)設(shè)置 13三、 總結(jié)15四、 致謝16五、 參考文獻(xiàn)17摘要本設(shè)計(jì)講述了基于西門(mén)子802C數(shù)控銑床電氣控制線路的原理，說(shuō)明了傳動(dòng)部分的接口線路設(shè)計(jì)。銑床是用銑刀對(duì)工件進(jìn)行銑削加工的機(jī)床。銑床除了能銑削平面、溝槽、齒輪、螺紋和花鍵軸之外，還能

2、加工比較復(fù)雜的型面，效率較刨床高，在機(jī)械制造和修理部門(mén)得到了廣泛應(yīng)用。最早的銑床是美國(guó)人惠特尼于1818年創(chuàng)制的臥式銑床；為了銑削麻花鉆頭的螺旋槽，美國(guó)人布朗于1862年創(chuàng)制了第一臺(tái)萬(wàn)能銑床，這事升降太銑床的雛形；1884年前后又出現(xiàn)了龍門(mén)銑床；20世紀(jì)20年代出現(xiàn)了半自動(dòng)銑床，工作臺(tái)利用擋塊可完成“進(jìn)給-決速”或“決速-進(jìn)給”的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。1950年以后，銑床在控制系統(tǒng)發(fā)面發(fā)展很快，數(shù)字控制的應(yīng)用大大提高了銑床的自動(dòng)化程度。尤其70年代以后，微處理機(jī)的數(shù)字控制系統(tǒng)和自動(dòng)換刀系統(tǒng)在銑床上得到廣泛應(yīng)用，擴(kuò)大了銑床的加工范圍，提高了加工精度和效率。關(guān)鍵詞: 西門(mén)子802C數(shù)控銑床， 電器原理圖， 數(shù)

3、控銑床一、 課程設(shè)計(jì)目的了解各種電機(jī)調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)；理解銑床閉環(huán)進(jìn)給的基本要求；掌握802C系統(tǒng)進(jìn)給電氣系統(tǒng)的接線；掌握802C系統(tǒng)變頻器的接線。二、課程設(shè)計(jì)題目描述和要求1.1、課程設(shè)計(jì)題目數(shù)控銑床閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)1.2、課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)基于SINUMERIK 802C的數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)。要求：熟悉SINUMERIK 802C的功能和電氣安裝，針對(duì)銑床數(shù)控化改造的要求，擬定進(jìn)給系統(tǒng)的改造方案，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)的電氣接線原理圖，主要包括系統(tǒng)電源、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、檢測(cè)裝置等與數(shù)控系統(tǒng)的電氣接口線路設(shè)計(jì)，并根據(jù)設(shè)計(jì)方案確定進(jìn)給系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置。二、 課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容21、西門(mén)子802C數(shù)控系

4、統(tǒng)介紹2.1.1、西門(mén)子802C數(shù)控系統(tǒng)的基本功能 西門(mén)子802C系統(tǒng)是西門(mén)子公司專(zhuān)門(mén)為中國(guó)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的一種經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，具有較高的性價(jià)比，并在中低端車(chē)床、銑床以及機(jī)床改造等領(lǐng)域有極其廣泛的應(yīng)用。802C系統(tǒng)可控制3個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)給軸和1個(gè)伺服主軸，采用集成式PLC，分離式小尺寸操作面板和機(jī)床控制面板；安裝調(diào)試方便快捷、操作編程簡(jiǎn)單方便，具有可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)；是一種較先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)型CNC數(shù)控系統(tǒng)。802C數(shù)控系統(tǒng)由以下幾部分組成：操作面板、機(jī)床面板、NC單元、輸入輸出模塊等。NC單元是802C系統(tǒng)的核心部件，其上具備連接數(shù)控系統(tǒng)其它部件的各種接口，包括操作面板接口X9、進(jìn)給軸/主

5、軸驅(qū)動(dòng)接口X7、進(jìn)給軸/主軸編碼器接口X3X6、電子手輪接口X10等，如圖1所示。進(jìn)給軸/主軸驅(qū)動(dòng)接口X7提供±10V模擬驅(qū)動(dòng)器接口，通常用于驅(qū)動(dòng)1FK7交流伺服電機(jī)和1PH7交流主軸電機(jī)。802C系統(tǒng)提供16I/16O的DI/O模塊，并可根據(jù)機(jī)床配置需求，最多可配置4個(gè)同種型號(hào)的模塊。、系統(tǒng)配置方案研究1、西門(mén)子802C數(shù)控系統(tǒng)配置802C數(shù)控系統(tǒng)配置和連接圖如圖1所示。圖1數(shù)控系統(tǒng)配置和連接2、電柜設(shè)計(jì)及電源選用1、在設(shè)計(jì)電柜時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：(1)電柜應(yīng)有冷卻或通風(fēng)裝置，在使用風(fēng)扇時(shí)必須在進(jìn)氣窗口安裝防塵過(guò)濾網(wǎng)；(2)電柜中的所有部件必須安裝在無(wú)油漆的鍍鋅金屬板上；(3)電柜的

6、防護(hù)等級(jí)為IP54；(4)接地應(yīng)遵守國(guó)標(biāo)GBT52261-2002IEC60204-1：2000“機(jī)械安全機(jī)械電氣設(shè)備第1部分：通用技術(shù)條件；(5)電柜中布線時(shí)，交流電源線(如85VAC，220VAC，380VAC以及變頻器到主軸電機(jī)的電纜)必須與24VDC電纜和信號(hào)線電纜分開(kāi)走線；(6)系統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源24VDC之前需接入隔離變壓器(控制變壓器380VAC一220VAC，JBK3400VA)。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)85VAC必須采用獨(dú)立的隔離變壓器(驅(qū)動(dòng)變壓器380VAC 85VAC，JBK3系列)。兩個(gè)變壓器的初級(jí)不可以接入到380VAC的同一相。 (7)現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有良好接地的情況下，控制變壓器必須為浮地設(shè)

7、計(jì)，但此時(shí)任何與CNC控制器連接的外設(shè)(如PC等)，其220VAC電源必須連接到控制變壓器。2、24VDC電源選用CNC控制器采用24V直流供電，系統(tǒng)可在24V一15至J+20之間正常工作。直流電源的質(zhì)量是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，所以在選擇電源時(shí)，其輸出波形應(yīng)如圖4所示。24V直流電作為低壓電源必須具有可靠的電隔離特性(按照IEC204-1，條款64，PELV)。因此我們選用西門(mén)子配套的24V直流穩(wěn)壓電源。數(shù)字輸入和輸出所需的24VDC用獨(dú)立的24V直流電源，而不能與CNC控制器共用同一個(gè)24VDC穩(wěn)壓電源。所有輸入信號(hào)必須為電平信號(hào)，即“0”電平一3V5voc和“1”電平11V30VDC。懸空和

8、高阻信號(hào)均為“0”電平。22、數(shù)控系統(tǒng)各部分的連接及接口2.2.1、系統(tǒng)的接線SINUMERIK 802C base line控制器與伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)的連接如圖1所示。連接電纜必須使用屏蔽電纜。在系統(tǒng)一側(cè)，電纜內(nèi)屏蔽層必須與插頭中的金屬殼相連，為了使模擬量的指令值信號(hào)免受低頻信號(hào)的干擾，驅(qū)動(dòng)一側(cè)的屏蔽不能接地。、接口布置1、CNC部分（1）X1電源接口（DC24V）：3芯螺釘端子塊，用于連接24V負(fù)載電源。（2）X2 RS232接口（V24）：9芯D型插座。（3）X3到X5測(cè)量系統(tǒng)接口（ENCODER）：3個(gè)15芯D型插頭，用于連接增量型編碼器（RS422）（4）X6主軸接口（ENCODER）：1

9、5芯D型插座，用于連接一個(gè)主軸式增量編碼器。（5）X7驅(qū)動(dòng)接口（AXIS）：50芯D型插座，用于連接具有包括主軸在內(nèi)最好4個(gè)模擬驅(qū)動(dòng)的功率模塊。（6）X10手輪接口（MPG）:10芯插頭，用于連接手輪。（7）X20數(shù)字輸入（DI）：10芯插頭，用于連接NC-READY繼電器。2、DI/O部分（1）X100到X105：10芯插頭，用于連接數(shù)字輸入。（2）X200到X201: 10芯插頭，用于連接數(shù)字輸出。3、調(diào)試開(kāi)關(guān)S34、保險(xiǎn)絲F1,外部設(shè)計(jì)可以是用戶方便的更換。2.2.3、接口連接（1）進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的連接（X7）,采用50芯D型插座（針），插座X7引腳如表21所示。表21插座X7引腳（2）測(cè)量系

10、統(tǒng)的連接（X3X6），采用15芯D型插座，插座X3X6引腳如表22所示。表22 X3X6引腳信號(hào)名稱 信號(hào)類(lèi)型A,A_N A相信號(hào) VO 電壓輸出（電源）B,B_N B相信號(hào) I 5V輸入（5V信號(hào)）Z,Z_N 零脈沖信號(hào)P5_MS 電源+5.2V（3）數(shù)字輸出端的連接（X200X201）,采用10芯接線端子，插座X200X201引腳如下表所示，表24.表2-4插座X200X201引腳信號(hào)說(shuō)明DO0DO15 數(shù)字輸出015，最大電流500mADO0/CW 數(shù)字輸出0/單級(jí)主軸，順時(shí)針?lè)较颍畲箅娏?00mADO1/CCW 數(shù)字輸出1/單級(jí)主軸，逆時(shí)針?lè)较?，最大電?00mA1P24，M 數(shù)字輸

11、出07供電2P24, M 數(shù)字輸出815供電（5）CNC電源，CNC所需的24VDC負(fù)載電源接到接線端子X(jué)1上。24V直流電作為低壓電源必須具有可靠的電隔離特性。表25負(fù)載電源電氣參數(shù)表26接線端子X(jué)1端子分配2.2.4、802C與SIMDDRIVE base line驅(qū)動(dòng)器的連接（1）802C的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和主軸的連接接口X7，與SIMDDRIVE base line驅(qū)動(dòng)器速度給定值接口X321/322以差分形式連接到該接口的端子56和端子14上，端子定義如表2-7所示。表27 端子定義（2）802C的測(cè)量系統(tǒng)連接接口X3X6，與SIMDDRIVE base line驅(qū)動(dòng)器位置反饋值接口X391

12、/X392連接，X391/X392的引腳分配如表28所示。表28 X391/X392的引腳分配（3）802C的數(shù)字輸入端接口X100X105的I 1.0、I 1.1端子,與SE1SE4接口連接。（4）802C的數(shù)字輸出端接口X200X201的Q 1.0,Q 1.1端子，與SIMDDRIVE base line驅(qū)動(dòng)器的使能接口X331/X332的端子633和端子65.1連接，脈沖使能和控制器使能分別通過(guò)接口X331和X332接入接入，X331/X332的端子定義如表29所示。端子名稱功能類(lèi)型電壓（V）導(dǎo)線截面積633X331脈沖使能輸入端+21-301.565.1X332控制器使能輸入端+13-

13、301.5如表29 X331/X332的端子定義（5）SIMDDRIVE base line驅(qū)動(dòng)器的使能接口X331/X332的端子633和端子65.1，分別與使能端子排X141A的端子64和端子63連接，X141A的端子定義如表210所示。端子名稱功能類(lèi)型電壓（V）導(dǎo)線截面積63X141A脈沖使能輸入端+13-301.564X141A控制使能輸入端+13-301.5如表210 X141A的端子定義（6）編碼器與SIMDDRIVE base line驅(qū)動(dòng)器的編碼器（旋轉(zhuǎn)變壓器）接口X311/X312連接，X311/X312的引腳分配如表211所示。表211 X311/X312的引腳分配（7）S

14、IMDDRIVE base line驅(qū)動(dòng)器的電子電源地接口X131，必須使用一根截面積4mm²的接地線連接到數(shù)控系統(tǒng)的接地點(diǎn)。2.3、參數(shù)設(shè)置2.3.1、PLC參數(shù)設(shè)置當(dāng)系統(tǒng)各部件連接完畢后，系統(tǒng)首次上電將出現(xiàn)的700000報(bào)警畫(huà)面。此時(shí)必須調(diào)試PLC應(yīng)用程序中的相關(guān)動(dòng)作，如急停、硬限位等。SINUMERIK802S base line在出廠時(shí)已經(jīng)預(yù)裝了“SAMPLE·PTP”集成PLC實(shí)例應(yīng)用程序。通過(guò)設(shè)定PLC機(jī)床參數(shù)，可以對(duì)PLC實(shí)例應(yīng)用程序的功能進(jìn)行配置，以實(shí)現(xiàn)所需的控制功能。PLC相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：1、MDl4512 PLC機(jī)床參數(shù)設(shè)置MDl45120=FFH M

15、Dl45121=8FH MDl45122=B3HMDl45123=OFH MDl45124=37H MDl45125=10HMDl45126=00H MDl45127=00H MDl451211=89HMDl451212=01H MDl451216=0CH MDl451217=00HMD1451218=00H2、MDl4510 PLC機(jī)床參數(shù)設(shè)置MDl451012=15 MDl451013=15 MDl451016=0MDl451017=0 MDl45lO20=4 MDl451021=100MDl451022=15 MDl451026=23 MDl451027=29MDl451030=27 M

16、Dl451031=252.3.2、機(jī)床參數(shù)設(shè)置1、坐標(biāo)軸參數(shù)設(shè)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、進(jìn)給軸動(dòng)態(tài)特性參數(shù)設(shè)置35220X、Z=l 35230X、Z=

17、O 32300X=0.732300Z=143、參考點(diǎn)調(diào)試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、軟限位與反向間隙補(bǔ)償設(shè)置36100X=-30 36100Z=0 36110X=2003611OZ=1200 32450X、Z=05、旋轉(zhuǎn)監(jiān)控功能設(shè)置31100X=1600 31100Z=1200 31110X、Z=106、絲杠螺距誤差補(bǔ)償3

18、2700X、Z=07、主軸參數(shù)調(diào)試30130SP=1 30240SP=2 30200SP=130240SP=2 31020SP=1000 32260SP=170036200SP=2000 36300SP=30000 35010SP=08、顯示機(jī)床數(shù)據(jù)設(shè)置206=3 207=3 208=3 210=3 216=3 217=3三、總結(jié)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)過(guò)程也是對(duì)學(xué)習(xí)的總結(jié)過(guò)程，更是進(jìn)一步學(xué)習(xí)和探索的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中我對(duì)802C系統(tǒng)電器原理圖有了深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)械工作原理有了進(jìn)一步的掌握，對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)有了切身的認(rèn)識(shí)與體會(huì)，并在學(xué)習(xí)和實(shí)踐的過(guò)程中增長(zhǎng)了知識(shí)，豐富了經(jīng)驗(yàn)。進(jìn)給系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的過(guò)程，必須嚴(yán)格按照系統(tǒng)分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)實(shí)施，系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試的過(guò)程來(lái)進(jìn)行。系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常幸苦的工作，同時(shí)也是充滿樂(lè)趣的過(guò)程。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要邊學(xué)習(xí)邊實(shí)踐，遇到新的問(wèn)題就不斷探索和努力，即可是問(wèn)題得到解決。在設(shè)計(jì)中深刻體會(huì)到理論必須和實(shí)踐相結(jié)合。雖然收集了大量的資料，但在實(shí)際應(yīng)用中卻有很多的差異，出現(xiàn)了很多意想不到的問(wèn)題。許多問(wèn)題在課本上是這樣的，而在實(shí)際應(yīng)用中卻很多不一樣，在經(jīng)過(guò)多次分析修改后，才設(shè)計(jì)出達(dá)到進(jìn)給要求的系統(tǒng)。四、致謝 在張強(qiáng)老師的耐心指導(dǎo)下和小組同學(xué)的積極討論下，最后通過(guò)自己的努力終于完成了本次課程設(shè)計(jì)，盡管在本次設(shè)計(jì)中遇到了還跟多問(wèn)題，如802C系統(tǒng)電