西门子802S数控车床的刀架控制设计.docx

西门子802S数控车床的刀架控制设计.docx

《西门子802S数控车床的刀架控制设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《西门子802S数控车床的刀架控制设计.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

西门子802S数控车床的刀架控制设计

西门子802S数控车床的刀架控制设计

摘要

数控刀架是数控机床的重要组成局部。

本课题研讨了西门子802S数控车床刀架控制设计。

剖析了数控机床的基本组成、刀架控制系统的硬件组成和刀架PLC顺序及机床的有关参数。

本文中所做的主要任务如下：

测绘西门子802S数控车床的电气原理图、接线图。

对刀架的结构停止了深化的了解，清楚刀架上的传感器信号的输入输入，剖析刀架的举措进程、顺序调试刀架控制的PLC顺序。

绘制了刀架的机械结构图和控制电路图。

关键词：

西门子802S系统；刀架控制；PLC

TheDesignofTurretControlSystemforSiemens802SofCNCMachineTools

Abstract

CNCturretCNCmachinetoolsisanimportantpart.TheresearchoftheSiemens802SCNClatheturretcontroldesign.AnalysisofthebasiccomponentsofNCmachinetools,turretcontrolsystemhardwareandtoolcarrierPLCprogramandthemachineparameters.Inthispaper,themajorworkdonebythefollowing:

SurveyandMappingSiemens802SCNClatheselectricalschematics,wiringdiagram.Holdersofthestructureofanin-depthunderstandingandclearturretonthesensorsignalsintheinput-outputanalysistoolcarriermovestheprocess,controltheorderofdebuggingTurretPLCprogram.Drawingtheturretofmechanicalandcontrolstructureofthecircuit.

Keywords:

SIEMENS802Ssystem;TurretControl;PLC

第一章绪论

1.1课题的研讨背景

数字顺序控制机床普通简称为数控机床。

它是由数控装置或计算机停止控制的一种高效能自动化机床，它综合运用了自动控制技术、计算机技术、精细测量技术、液压气动等技术。

并在机床结构等方面运用了最新技术。

随着迷信技术的开展，机械产品的外形和结构不时改良，对机械零件的加工质量要求也越来越高；单件、小批消费的机械产品所占比重越来越大，特别是在造船、航空、航天、深潜以及国防工业的各个部门，加工批量少、精度要求高、外形复杂的零件很多。

像这样的产品，假设采用普通的自动机床或组合机床和自动线来加工，就显得很不经济、不合理，普通机床又不能加工。

数控机床就是在这样的条件下发生和开展起来的，它能有效地顺应产品不时变化、多种类、小批量的自动化消费。

数控机床就是把加工所需求的各种操作，例如变速、松夹工件、进刀、退刀、开车与停车、冷却液的自动供应等等，以及刀具相关于工件之间的位移。

采用数值数据的方式经过计算机的运算，并将输入的指令变为机床的各种操作，完成零件的自动加工。

随着网络技术日益普遍运用，互联网进入车间只是时间效果，这将是数字化制造的主要标志。

从另一角度来看，企业资源方案假设仅仅局限于业务管理部门（人、财、物、产、供、销）或设计开发等企业下层的信息化是远远不够的，车间最底层的加工设备——数控机床不可以连成网络或信息化，就肯定成为制造业信息化的制约瓶颈。

所以，关于现代制造工厂来说，除了要提高机床的数控化率外，更要使所拥有的数控机床具有双向、高速的联网通讯功用，以保证信息流在车间的底层之间及底层与下层之间通讯疏通无阻。

西门子公司开发的新一代西门子〔SINUMERIK〕802S系统是一种专门为中国市场开发的经济型数控系统，具有高档的价钱和中高档的功用的性价比拟高的数控系统。

西门子802S数控系统采用32位微处置器，集成式PLC，分别式小尺寸操作面板和机床控制面板，具有RS232通讯接口，应用计算机可停止软件的晋级和加工顺序的传输；经过添加扩展模块，可具有输入，输入〔I/O〕64点才干，能接受多路信号和控制多路负载；可控制2～3个步进电机进给轴和一个伺服主轴〔或变频器〕；具有启动次数少，装置调试简捷，图形及中英文菜单显示，操作编程复杂方便，低速运转颠簸等特点，具有动摇的牢靠性以及优越的功用价钱比。

此系统相比拟同类产品是同类产品中的佼佼者，它也会对我以后在任务中遇到同类产品同类效果有很大的协助。

西门子802S数控系统为工程技术人员提供了丰厚的二次开发功用。

机床制造厂家经过规范的S7言语停止PLC编程，来完成机床的逻辑控制。

并经过参数的设置，就可以使机床运转到达最正确的效果，以及顺应各种不同的配置的需求。

西门子802S数控系统还有十分丰厚的人机对话中文界面，用户所需求的操作可以在中文的菜单上找到，并按相应的按键以完成操作者的要求。

802S丰厚的中文界面可以运用户在几天之内就能掌握机床的操作，这样就可以浪费了用户少量的学习和消化的时间。

在操作编程的任务中，最为突出的是802S的一切报警文本均可以用中文来编写。

在802S的编程指令系统中，除了具有新颖的参数编程和轮廓编程外，还具有适用的循环子顺序，有了这些强有力的编辑功用，使西门子802S的编程十分方便和灵敏。

1.2课题的来源及意义

数控刀架是数控机床的重要组成局部，在我国被命名为机床附件，在国外被定义为机床功用件。

随着数控机床的飞速开展，机床设计已由传统的统筹设计开展到模块化设计，即依照机床的功用化分模块，因此这些功用部件的功用已成为零件功用的决议要素。

数控刀架作为数控车床的举措执行部件，其基本结构包括：

驱动装置、分度装置、预定位装置、松开、锁紧装置、精定位装置、发信装置、装刀装置。

数控刀架的换刀举措如下：

系统收回指令—齿盘松开—刀架旋转分度—抵达目的工位并发信号给系统—齿盘锁紧精定位—系统确认后停止切削。

数控刀架分类。

目前，行业上运用的数控刀架依照与主机配套场所主要有分为如下高、中、低三个层次。

高档数控刀架主要有沈阳精诚数控消费的系列电动数控立式刀架，系列卧式刀架。

该种刀架结构复杂，容易设计、制造。

采用三相力矩电机驱动，三联齿定位，矩形螺纹锁紧，配套在我国简易型数控车床，受我国数控机床开展的影响，是我国的特征产品，曾经构成规模化消费。

中档数控刀架主要有沈阳精诚数控消费的系列电动刀架、系列电动刀架、系列液压刀架。

该层次刀架，可双向选刀，刚性好，但结构复杂，对制造加工设备要求高。

此类刀架在我国初具规模，但国外产品对我国市场冲击较大。

高档数控刀架包括伺服刀架和动力刀架。

此类刀架，我国起步较晚，还处在研讨阶段，但还没有构成商品化。

数控刀架的开展。

数控刀架作为功用性部件配套于机床主机，但它集机械、电气于一体，是典型的机电一体化产品，数控刀架的研讨开发是机械、电气、电子、资料等多学科知识的综合。

当今，数控伺服刀架、动力刀架等功用部件己成为权衡数控机床水平的重要标志。

它们的价钱也是构成数控机床零件价钱的主要成分，粗略计算数控机床数控刀架等功用部件价钱已占零件本钱构成的左右。

目前，我国的功用部件消费开展缓慢，种类少，产业化水平低，不能满足市场要求，不得不依赖出口。

由于功用部件出口价钱昂贵，形成数控机床零件价钱不时上升，我国消费的数控机床简直失掉了竞争优势。

市场显示，同等水平的数控机床，韩国的价钱简直与我国的价钱持平，出现这一现象与我们主机厂少量从国外推销数控机床所需的功用部件有很大关系。

我国机床工具行业的专家、学者、企业家都已看到了功用部件产业的庞大开展前景。

许多企业也已瞄准了这个市场，经过引进技术、协作消费或自主开发，初步构成了一批功用部件专业消费厂家。

以后国际高水平、高质量的数控机床和加工中心还不能完全满足国际市场需求，这和与之配套的高水平的功用部件开展滞后有关，有些功用部件功用上与国际著名厂家的产品还有一些差距。

我国己加出生贸组织，境外功用部件产品对我国市场的冲击将愈加凶猛。

可以说，没有高水平功用部件消费才干的大幅提高，将严重影响我国机床行业的快速开展。

伺服刀架控制器是伺服刀架和动力刀架的技术中心。

高档刀架采用伺服电机作驱动源，完成位置、速度的双闭环控制，具有结构复杂，容易加工制造、维护、精度高，转位快等特点。

我国各大机床主机厂均依托出口此类产品与主机配套。

很清楚，伺服刀架的机械结构复杂，而我国目前还没有针对数控刀架的专业伺服驱动系统产品，这大大的制约了我国高档刀架开展，是我国的伺服刀架的研制处于停滞形状，因此，伺服刀架的控制器即伺服刀架的伺服电机控制是高档数控刀架的关键技术。

刀库包括刀套旋转机构及换刀机械手，刀库外形为圆盘形，外部装有一个分度盘。

刀库的回转运动由带抱闸的三相异步电机作动力源。

三相电源经过交流接触器提供应电动机，此时抱闸翻开，刀库运转，切断三相电源那么抱闸闭锁，刀库立刻中止运转。

经过火度盘的运动及相关检测元件组的逻辑组合，可使每个刀套准确停在换刀位置。

刀套停在换刀位置后，由气缸控制刀套处于水平或垂直形状，以方便机械手换刀。

刀套分度台可以顺时针或逆时针方向旋转，从而可以在最短的时间内搜索到所要改换的刀具。

刀库换刀机械手的运动异样是由带抱闸的三相异步电机作动力源，经过齿轮传动机构，把电机发生的匀速旋转运动转化为机械手的规律性行进、中止以及旋转运动。

齿轮传动装置配有微动开关组。

这个开关组包括3组微动凸轮和3个接近开关，每组微动凸轮上装有3个微动凸轮。

该微动开关组用于控制机械手夹住刀具、机械手把刀具从主轴和刀套内取出、机械手处于原始位置等。

该刀库的旋转刀套及机械手的减速传动机构内都内置了一个扭矩限制器，以防止外部机械结构损坏。

经过这次的毕业设计，我将对西门子802S数控车床有个更深的看法，还有使自己各方面的才干都有所提高〔自学才干、入手才干、言语表达才干、文字表达才干、处置实践效果的才干〕。

对西门子802S数控车床的看法，可以为我以后学习各类数控机床有个好的基础。

异样刀架的PLC顺序能运用和设计，再要运用和设计刀库的PLC顺序就容易了。

为今后从事本专业的任务运用打下基础，使自己能很快的融入社会。

1.3本课题的内容

〔1〕测绘西门子802S数控车床的电气原理图、接线图；

在实验室里停止实物测绘，同时查阅其相关资料停止西门子802S数控车床的电气原理图、接线图的绘制。

西门子802S数控系统有主轴、进给、ECU单元、冷却、润滑、刀架等辅佐装置组成。

〔2〕设计刀架控制系统；

在原有西门子802S数控车床的刀架控制系统的基础上，对其系统停止深化的研讨。

〔3〕有关机床参数、四工位刀架结构；

在实验室里查阅有关机床的参数，以及四工位刀架的结构原理图。

〔4〕有关PLC顺序设计；

在原有西门子802S数控车床PLC顺序的基础上，加以改良和完善。

〔5〕撰写有关毕业设计说明书；

经过教员的指点，撰写和整理10000左右的文稿。

本设计中重点和难点就是对西门子802S数控车床刀架控制设计和PLC顺序的调试,需求对刀架的结构十分了解，清楚刀架上的传感器信号的输入输入。

其研讨途径可依据西门子802S数控车床中原有的PLC顺序，了解刀架PLC顺序的整个换刀进程，然后依据实践刀架的结构停止刀架PLC顺序调试。

此外需绘制西门子802S数控车床的电气原理图、接线图、设计刀架控制电路；有关机床的参数、四工位刀架结构等外容，都可以在实验室里停止实物测绘，参照设计。

第二章西门子802S数控车床基本组成

西门子802S数控系统电气主要组成局部有，CNC系统〔包括ECU〕、主轴驱动控制系统、进给驱动控制系统〔包括伺服驱动控制系统、步进驱动控制系统〕、辅佐装置〔包括刀架控制系统、润滑、冷却控制系统〕及PLC输入输入转接口,机械结构局部主要有，机床床身、导轨、任务台、刀架等。

〔其中刀架在第3章有详细引见〕

2.1CNC系统

计算机数控系统〔ComputerNumericalControl〕简称CNC系统，是一种用计算机经过执行其存储器内的顺序来完成数控功用，并配有接口电路和伺服驱动装置的公用计算机系统。

数控机床在CNC系统的控制下，自动地按给定的加工顺序加工收工件。

所以计算机数控系统是一种计算机在内的数字控制系统。

CNC系统是一种位置控制系统。

其控制进程是依据输入的信息〔加工顺序〕，停止数据处置、插补运算、取得理想的运动轨迹信息，然后输入到执行部件，加工出所需求的工件。

CNC系统的中心是CNC装置。

由于采用了计算机，使CNC装置的功用提高，促使CNC系统迅速开展。

CNC装置的任务流程主要分为输入、译码、刀具补偿、进给速度处置、插补和位置控制。

输入的义务是把加工顺序、控制参数和补偿数据输入到CNC装置中去，输入的方法有纸带阅读机输入、键盘输入、磁带和磁盘输入以及通讯方式输入。

CNC的任务方式普通有两种，一种是边输入边加工，即在前一个顺序段在加工时，输入后一个顺序段的内容；另一种是一次性的将整个工件加工顺序输入到CNC装置的外部存储器中，加工时再把顺序段从存储器中一个一个的调出来停止处置。

  随着大规模集成电路技术和外表装置技术的开展，CNC系统硬件块及装置方式不时改良。

从CNC系统的总体装置结构看，有全体式结构和分体式结构两种。

从CNC系统运用的CPU及结构来分，CNC系统的硬件结构普通分为单CPU和多CPU结构两大类。

初期的CNC系统和如今的一些经济型CNC系统采用单CPU结构，而多CPU结构可以满足数控机床高进速度、高加工精度和许多复杂功用的要求，也顺应于并入FMS和CIMS运转的需求，从而失掉了迅速的开展，它反映了当今数控系统的新水平。

  CNC装置中还有I/O处置、显示及诊断功用。

I/O处置主要用来对CNC装置与机床之间的强电信号处置。

显示的主要义务是为操作者提供方便，有工件顺序的显示、参数显示、刀具位置显示、机床形状显示、报警显示以及运动轨迹的静态图形显示。

诊断功用是现代CNC装置必备的，可以自动对系统停止诊断显示出缺点出现范围。

CNC数控系统的特点有灵敏性、模块化、牢靠性、易于完成多功用顺序控制、运用维修方便、具有通讯功用。

在多微处置器中，有两个或两个以上的CPU构成处置部件。

各处置部件之间经过一组公用地址和数据总线停止衔接。

每个CPU都可享用系统公用存储器或I/O接口，并分担一局部数控功用，从而将单微处置器的CNC装置中顺序完成的任务，转变为多微处置器并行、同时完成的任务，因此大大增强了整个系统的功用。

多微处置器结构的CNC装置大都采用模块化结构，依据设备要求选用功用模块构成CNC系统。

假设某个模块出了缺点，其它模块仍能任务，牢靠性高。

由于硬件普通是通用的，容易配置，因此只需开发新的软件就可以构成不同的CNC装置，便于组织规模消费，可以成批量消费并保证质量。

图2-1西门子802S数控车床系统控制图

2.2主轴控制驱动系统

西门子802S数控车床的主轴变频器采用日立式L100—007HFE变频器配三相异步电机，变频器采用正弦波脉宽调制控制，额外容量1.9KVA,额外输入电压三相交流380V,额外输入电流2.5A,输入频率范围0-650HZ,适用电机容量0.75KW。

三相异步电机采用普通三相异步电机，输入电压380V，额外电流2.0A，额外功率0.75KW，额外转速1390r/m。

变频器特点：

VVVF通用型变频〔0.2KW-7.5KW〕，结构紧凑，体积小，ISPM专利技术，集成了驱动电机的功率器件和控制电路元件，抗电磁搅扰才干强，速度调理旋钮规范内置，电网电压自动稳压，坚持输入动摇，瞬时失电重起动，CE；UL；c-UL；C-Tick&CSA认证，V/F特性可选恒转矩，可手动或自动提升转矩，电流过载才干强：

150%，60秒，电机热电阻输入〔PTC-输入〕，内置PID功用，可预设16级多步速，载波频率0.5HZ-16HZ，延续可调加减速进程中可分段改动加减速时间。

变频器主要是用于主轴的变频调速。

变频器经过电流的上下来控制主轴电机的转速，指令值模拟量作为差分信号输入。

ECU一侧插主轴驱动接口，插座称号：

X3SPINDLE，插座类型：

9芯D型插座〔针〕。

如表2-1

表2-1座引脚分配

X3

引脚

信号

类型

引脚

信号

类型

1

2

3

4

5

SW

RF.2

VO

K

6

7

8

9

BS

RF.1

VO

K

模拟驱动中：

SW〔指令值〕；BS〔指令值参考地〔模拟量接地〕〕；RF．1,RF．2〔使能触点〕，信号类型：

V0，电压输入：

K开关触点，信号：

每个通道提供一个电压信号和一个使能信号。

SW〔指令值〕：

：

模拟量电压信号，±10V范围，用于输入一个转速指令值；BS〔参考地〕：

指令值信号的参考地〔模拟量接地〕，外部与逻辑〝地〞相连。

RF〔使能〕。

对继电器触点，功率部件〔比如SIMODRIVE驱动装置〕经过这对触点取得使能。

在循环运转方式时由ECU控制使能信号。

主轴电机的正反转由KA2，KA3的常开触点的举措决议。

RL1B，RL1C为变频器的缺点输入，接入相应的输入输入点99，108。

变频器的主要功用为改动电路的频率来完成电机的转速和正反转，其控制输入由CNC的X3输入。

图2-2变频器的电气原理图

主轴电机的转速是由主速指令所给定的电压来确定的，设定的额外电压为10V。

就是假定当额外转速为1500r/min时，主速电压10V时主轴电机的转速为1500转每分钟；而假设额外转速变为1500r/min时，主速电压为5V时，主轴电机的转速就是750r/min。

2.3进給控制驱动系统

西门子802S数控车床的进给驱动控制系统主要包括伺服驱动系统和步进驱动系统

伺服系统是CNC装置和机床的联络环节。

CNC装置收回的控制信息，经过伺服驱动系统，转换成坐标轴的运动，完成顺序所规则的操作。

伺服驱动系统是数控机床的重要组成局部，它是以机械为运动的驱动设备,电动机为控制对象,以控制器为中心,以电力电子功率变换装置为执行机构,在自动控制实际的指点下组成的电气传动自动控制系统。

它属于特殊电动机，也叫执行电机，在自动控制系统中,用作执行元件,把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输入。

伺服驱动系统的功用对数控机床的功用在很大水平上有决议性的作用，所以对伺服驱动系统的要求也比拟高，主要有：

〔1〕进给调速范围要宽。

在各种数控机床中，用于加工用刀量、被加工资料及零件加工要求的不同，为保证在任何状况下都能失掉最正确的切削条件，要求进给驱动必需具有足够宽的调速范围；〔2〕位置精度高。

数控机床在加工时免除了操作者的人为误差，它是按预定的顺序自动停止加工的，不能够应付事前没有预料到的状况；〔3〕速度照应要快。

即要求跟踪指令信号的照应要快，过度时间要快；〔4〕低速大转距。

依据数控机床的加工特点，大都是在低速停止重切削，即在低速时进给驱动要有大的转距输入。

西门子802S数控车床采用的步进驱动器和步进电机,是细分型高功用步进驱动器，适宜驱动中小型任何两相或四机混合式步进电机。

电流控制采用先进的双极性等角度恒力矩技术，每秒两万次的斩波频率。

在驱动器的侧边装有一排拨码开关组，可以用来选择细分精度，以及设置静态任务电流和表态任务电流。

TYPE110BYG550A-2是混合式步进电机，步进电机步进角为0.36度/0.72度，静转矩6N*m，额外相电流1.3A。

步进电机为X、Z轴电机，用来控制X、Z轴的正向进给和反向进给，KA10用来执行控制电机的正反转，接电机绕组A-和C-，B-和D-短接后，再A接驱动的A，C接驱动的A-，B接驱动的B，D接驱动的B-。

步进电机的控制号由CNC的XS30端输入，电源信号由+V1和GND端输入。

  步进驱动器其实是一个步进电机配合运用，来控制机床任务台X轴移动的一个系统。

步进电动机是一种将电信号转换成机械角位移的电磁机械装置。

由于所用电源是脉冲电源，也称脉冲马达。

步进电动机是一种特殊的电动机，其跟随步进驱动系统给定的输入脉冲按节拍一步一步的转动。

对步进电动机施加一个电脉冲信号时，步进电动机就旋转一个固定的角度，称为一步，没一步转过的角度叫步距角。

步进电动机的角位移量和输入的脉冲个数严厉地成正比例，在时间上与输入脉冲同步。

因此，只需控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电相序，便可取得所需的转角、转速及旋转方向。

在无脉冲输入时，在绕组电源鼓舞下，气隙磁场能使转子坚持原有位置而处于定位形状。

图2-3步进驱动单元框框图

图2-4外观结构图

2.4辅佐装置

刀架控制主要有手动换刀、顺序换刀、刀架卡紧时间控制三方面。

表2-2刀架信号表

输入信号

I0.0，I0.1，I0.2，I0.3，I0.4，I0.5刀位检测信号

I0.6锁紧到位检测信号

零件顺序中的T码

机床控制面板上的手动换刀键

输入信号

刀架正转〔Q0.4〕

刀架反转〔Q0.5〕

表2-3刀架逻辑控制表

条件

结果

自动方式下当零件顺序中的程遍刀码T

不等于刀架实践刀位

刀架正转有效。

有效信号不时坚持到刀位信号与编程T码相等，然后刀架反转信号自动失效。

反转信号的坚持时间由机床参数设定

在点动方式下按下手动换刀键，不时按到刀架转到所要位置

刀架正转信号有效，有效信号不时坚持的按键松开

当手动换刀键一松开

刀架反转信号自动生成，并按机床参数中设定的时间坚持有效

在手动方式下急促按下手动换刀键

刀架正转信号有效，该信号坚持到一个想邻的刀位，然后自动按机床参数设定的锁紧时间发生并坚持刀架反转信号

2.5输入输入PLC转接口

输入输入装置是衔接PLC变频器等重要部件。

表2.3.1　输入/输入接线端子分配表

分类

元器件

输入/输入标号

作用

输入

按钮SB1

X000

末尾

按钮SB2

X001

中止

输入

A相绕组

Y001

A相接正5V电源

Y000

A相接负5V电源

B相绕组

Y002

B相接负5V电源

Y003

B相接正5V电源

表2.3.2　各种软元件分配表

各种软器件

标号

作用

特殊形状寄存器

M8002

上电运转

软时间继电器

T0

确定步进电动机转速

T1

形状寄存器

D0

转速参数存储

步进形状寄存器

S20

第1拍步进运转

S21

第2拍步进运转

S22

第3拍步进运转

S23

第4拍步进运转

S24

第5拍步进运转

S25

第6拍步进运转

S26

第7拍步进运转

S27

第8拍步进运转

S0

初始化

2.6机床本体

机床本体就是数控机床的机械结构，包括床身、箱体、立柱、导轨、任务台、主轴、进给机构、刀具交流机构等。

此外，为了保证数控机床功用的充沛发扬，还有一些辅佐系统，如冷却、润滑、液压〔或气动〕、排屑、防护系统等。

图2-5机床床身

第三章刀架控制系统硬件组成

3.1刀架的有关概略

3.1.1刀架的发生

电动刀架是数控车床