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数控设计说明书
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:
李明杭
学号:
8080514226
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SINUMERIK802S的数控车床进给控制系统。
要求:
熟悉SINUMERIK802S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
2.1、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),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380VAC85VAC,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6.4,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设计
2.2.1、系统的接线
SINUMERIK802Sbaseline控制器与步进驱动STEPDRIVEC/C+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NC.READY继
电器和BERO接近开关。
2、DI/O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F14A保险丝,外部设计使用户可以方便地更换。
6、D157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
SINUMERIK802Sbaseline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2PLC输入输出接口定义
信号说明
输入信号
接口:
X2004
I0.0
X+限位
I0.1
Z+限位
I0.2
X-限位
I0.3
Z-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802Sbaseline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HI1和5号管脚HI3。
表5高速输入接口x20
引脚
信号
说明
3
HI_1
X轴参考点脉冲
5
HI_3
Z轴参考点脉冲
图6X20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10.6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7X2004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
4.24V~50V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。
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
2.4.2、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、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
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