【正文】 在設(shè)計過程中，陳老師多次提出建設(shè)性的意見，給我指明了方向，講解數(shù)控設(shè)備、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢，提出了課題的研究思路和方向，使本設(shè)計得以完成。在本次設(shè)計中讓我對數(shù)控系統(tǒng)的工作原理有透徹的理解，同時掌握數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動器和變頻器之間的連接，應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)自動回轉(zhuǎn)刀架的控制，以及對數(shù)控系統(tǒng)的重要參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。e）所涉及的接口信號的詳細(xì)說明和解釋件PLC控制程序的注解見附錄III4 西門子802C系統(tǒng)的數(shù)控車床的操作關(guān)于西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車床的控制電路以及其接線電路件附錄所示。T指令換刀是直接通過編程刀號作為目的到位進(jìn)行換刀。（1）電動回轉(zhuǎn)刀架的工作過程電動回轉(zhuǎn)刀架一般有四工位或六工位，由電動機(jī)、機(jī)械換刀機(jī)構(gòu)、發(fā)訊盤等組成，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出換刀信號，刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過減速機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)將上刀體上升至一定的位置，發(fā)詢盤發(fā)出刀位信號，刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)，完成初定為后上刀體下降，齒牙盤嚙合，完成精確定位，并通過升降機(jī)鎖緊刀架。：模擬量輸出2，驅(qū)動器A。西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的接線圖見附錄I（1）西門子611U伺服驅(qū)動器的接口的介紹西門子611U伺服驅(qū)動器的接口如圖311所示。圖39 通訊接口（X2）（3）編碼器接口X3～X6編碼器接口X3，X4和X5，為SUB—D15芯孔插座，僅用于西門子802C。它是CNC系統(tǒng)活的靈魂。根據(jù)工作狀況和轉(zhuǎn)速要求，可選用油脂潤滑和油氣潤滑。1FK7電機(jī)只有自然風(fēng)冷，沒有外部冷卻系統(tǒng)，熱量通過電機(jī)表面散發(fā)。（2）MICROMASTER 420變頻器的特征 a）主要特性易于安裝，參數(shù)設(shè)置和調(diào)試；易于調(diào)試； 牢固的EMC 設(shè)計；對控制信號的響應(yīng)是快速和可重復(fù)的；參數(shù)設(shè)置的范圍很廣，確保它可對廣泛的應(yīng)用對象進(jìn)行配置； 電纜連接簡便； 具有多個繼電器輸出；具有多個模擬量輸出(0 －20 mA)；6個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為NPN/PNP 接線； 2個模擬輸入：AIN1：0 －10 V，0 －20 mA 和10 至+10 V； AIN2：0 －10 V，0 －20 mA；2個模擬輸入可以作為第7和第8個數(shù)字輸入；BiCo (二進(jìn)制互聯(lián)連接)技術(shù)； 模塊化設(shè)計，配置非常靈活； 脈寬調(diào)制的頻率高，因而電動機(jī)運(yùn)行的噪音低；有多種可選件供用戶選用：用于與PC 通訊的通訊模塊，基本操作面板(BOP)，高級操作面板(AOP)，用于進(jìn)行現(xiàn)場總線通訊的PROFIBUS 通訊模塊；b）性能特征矢量控制：無傳感器矢量控制(SLVC)；帶編碼器的矢量控制(VC)；V / f 控制：磁通電流控制(FCC) ，改善了動態(tài)響應(yīng)和電動機(jī)的控制特性；多點(diǎn)V/f 特性；快速電流限制(FCL)功能，避免運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘；內(nèi)置的直流注入制動；復(fù)合制動功能改善了制動特性；內(nèi)置的制動單元(僅限外形尺寸為A至F的MM440變頻器)；加速/ 減速斜坡特性具有可編程的平滑功能：起始和結(jié)束段帶平滑圓弧；起始和結(jié)束段不帶平滑圓?。痪哂斜壤?，積分和微分（PID）控制功能的閉環(huán)控制；各組參數(shù)的設(shè)定值可以相互切換：電動機(jī)數(shù)據(jù)組(DDS)；命令數(shù)據(jù)組和設(shè)定值信號源(CDS)；自由功能塊；動力制動的緩沖功能；定位控制的斜坡下降曲線；c）保護(hù)特性過電壓/ 欠電壓保護(hù)；變頻器過熱保護(hù)；接地故障保護(hù)；短路保護(hù)；t電動機(jī)過熱保護(hù)；PTC/KTY 電動機(jī)保護(hù)； 進(jìn)給軸的伺服電機(jī)的選擇伺服電動機(jī)又稱執(zhí)行電動機(jī)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。本系列有多種型號，額定功率范圍從120W到200kW(恒定轉(zhuǎn)矩(CT)控制方式)，或者可達(dá)250 kW(可變轉(zhuǎn) 矩(VT)控制方式，供用戶選用。主要功能是：b）中間電路，有以下三種作用：對于功率為10KW或10KW以上的功率模塊，過電壓限制模塊可以出入到X181接口。圖32 電源模塊b）功率模塊在單軸功率模塊和雙軸功率模塊之分?？刂瓢迥K（6 SN118）。 伺服驅(qū)動器的選擇在本次設(shè)計中選用了SIMODRIVE 611U伺服驅(qū)動器（1）SIMODRIVE 611U伺服驅(qū)動器的概述611U是一種功能可以靈活配置的伺服驅(qū)動系統(tǒng)。（2）伺服驅(qū)動器對伺服進(jìn)給系統(tǒng)的要求a) 調(diào)速范圍寬b) 定位精度高c) 有足夠的傳動剛性和高的速度穩(wěn)定性d) 快速響應(yīng)，無超調(diào),為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)在啟動、制動時，要求加、減加速度足夠大，縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。手動控制 執(zhí)行零件程序加工具零偏參數(shù)參數(shù)設(shè)定機(jī)參數(shù)程序編輯零件序程序輸出數(shù)據(jù)輸入與輸出序通信珍斷與務(wù)調(diào)試調(diào)用診斷診斷圖26 西門子 802C 系統(tǒng)軟件功能操作區(qū)域圖26 西門子 802C系統(tǒng)的主菜單及其菜單樹3 數(shù)控車床的硬件系統(tǒng)的選擇與連接 數(shù)控車床的硬件的選擇 數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)伺服驅(qū)動器的選擇 伺服驅(qū)動器的工作原理及其對數(shù)控系統(tǒng)和電機(jī)的要求（1）伺服驅(qū)動器的工作原理伺服驅(qū)動器又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。15）主軸速度倍率：在此顯示當(dāng)前主軸的速度倍率。7）報警顯示行：在NC或PLC報警時顯示報警信息。28）數(shù)控啟動鍵：按此鍵，系統(tǒng)開始執(zhí)行加工程序。進(jìn)給軸倍率在50%100%時LED燈亮，降為50%時（最小）LED閃爍。當(dāng)主軸倍率大于100%時LED亮，達(dá)到120%時（最大）LED閃爍。10）單段運(yùn)行鍵：按此鍵設(shè)定單段方式，程序按單段運(yùn)行。 MCP機(jī)床控制面板區(qū)域各按鍵功能說明：基本功能區(qū)：1）POK（綠燈）：電源上電，燈亮表示電源正常供電。11）光標(biāo)向下鍵/向下翻頁（上檔）鍵。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。它具有結(jié)構(gòu)緊湊，高度集成于一體的數(shù)控單元，操作面板，機(jī)床操作面板和輸入輸出單元機(jī)床調(diào)試配置數(shù)據(jù)少，系統(tǒng)與機(jī)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(jìn)行，優(yōu)化了機(jī)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(dú)立于其他部件進(jìn)行安裝等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床一定部件的快速移動和定位均采用了加速與減速措施，因而選用了很高的空行程運(yùn)動度，消耗在進(jìn)給、快退和定位的時間要比一般機(jī)床少。它不僅縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，而且節(jié)省了大量工藝裝備費(fèi)用。d）加工冷卻充分、防護(hù)較嚴(yán)密。數(shù)控機(jī)床具有很好的柔性，當(dāng)加工對象變換時，只需要重新編寫加工程序即可，原來的程序可以儲存?zhèn)溆?，不必像組合機(jī)床那樣需要針對新的加工零件重新設(shè)計機(jī)床，致使生產(chǎn)的準(zhǔn)備時間過于太長。每個做進(jìn)給運(yùn)動的執(zhí)行部件，都配有一套伺服系統(tǒng)?？刂平橘|(zhì)有多種，如穿孔帶、穿孔卡、磁帶以及磁盤等，業(yè)可以通過通信接口直接輸入所需各種信息，采用何種控制介質(zhì)則取決于數(shù)控裝置的類型。一旦出現(xiàn)故障，立即采用停機(jī)等措施，進(jìn)行故障報警，提示發(fā)生故障的部位、原因等，并利用相關(guān)的技術(shù)，自動進(jìn)行相關(guān)的反應(yīng)。（4）高自動化高自動化是指在全部加工過程中盡量減少人的介入二自動完成規(guī)定的任務(wù)，它包括物料流和信息流的自動化。提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，一般上可以通過減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采用機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。80年代，我國從日本發(fā)那科公司引進(jìn)了3等系列的數(shù)控系統(tǒng)和交流伺服電機(jī)、交流主軸電機(jī)技術(shù)，以及從美國、德國引進(jìn)一些新技術(shù)。而從某種程度上說，數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)正是很地滿足了這一要求。通過對資料的查閱掌握西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)置PLC的特點(diǎn)，設(shè)計自動回轉(zhuǎn)刀架PLC控制的程序。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。它不但能提高產(chǎn)品的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、還可以很大程度上改善工人的勞動條件。1965年國內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。隨著工廠、企業(yè)、技術(shù)改造的深入開展，各行各業(yè)對數(shù)控機(jī)床的需要將會有很大幅度的增長，這將有力地促進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。要實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的高速化，首先要求數(shù)控系統(tǒng)能對微小程序段構(gòu)成的加工程序進(jìn)行高速處理，以計算出伺服電動機(jī)的移動量，同時要求伺服電動機(jī)能高速度的作出反應(yīng)，采用32為及64為的微處理器，是提高數(shù)控系統(tǒng)高速處理能力的有效手段。如通過監(jiān)控切削過程中的刀具磨損、破損、切屑形狀、切削力機(jī)零件的加工質(zhì)量等，向制造系統(tǒng)反饋信息，通過將過程控制、過程監(jiān)控、過程優(yōu)化結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)。圖1–1 數(shù)控機(jī)床的組成a）控制介質(zhì) 控制介質(zhì)又稱為信息載體。這些控制信號最基本的信號時：經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算決定的各坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和位移量指令，送伺服驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動執(zhí)行部件坐進(jìn)給運(yùn)動；主運(yùn)動部件的變速、換向、和啟停信號；選擇和交換刀具指令信號；控制冷卻、潤滑的啟停，工作和機(jī)床部件松開、夾緊，分度工作臺轉(zhuǎn)位等輔助指令信號等。當(dāng)走刀軌跡為直線或圓弧時，數(shù)控裝置則在線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)之間進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”，求出一系列中間點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后按中間的坐標(biāo)值，向各個坐標(biāo)輸出脈沖數(shù)，保證加工出需要的直線或圓弧輪廓。它多采用直流或交流主軸控制單元來驅(qū)動主軸，按控制指令做無級變速。數(shù)控車床的制造多采用模塊化設(shè)計。c）生產(chǎn)效率高零件加工所需要的時間包括機(jī)動時間與輔助時間兩部分。但在單件、小批生產(chǎn)情況下，可以節(jié)省工藝裝備費(fèi)用、輔助生產(chǎn)時間、生產(chǎn)管理費(fèi)用以及降低廢品率等，因此能夠獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 MCP 機(jī)床控制區(qū)域： 27 個功能鍵，12 個用戶定義鍵鍵，16 個 LED 顯示。8）區(qū)域轉(zhuǎn)換鍵：按此鍵后立即回到主界面。16）字符鍵：用于字符輸入，上檔鍵可轉(zhuǎn)換對應(yīng)字符。7）點(diǎn)動方式鍵：按此鍵切換到手動方式。倍率鍵：15）進(jìn)給軸倍率增加鍵（帶LED）：按動此鍵，進(jìn)給軸倍率增大。進(jìn)給軸倍率在0%100%時LED燈亮，降為0%時（最?。㎜ED閃爍。25）X軸負(fù)向點(diǎn)動鍵：在手動方式下按動此鍵，X軸向負(fù)方向點(diǎn)動。4）狀態(tài)顯示：程序段跳躍、空運(yùn)行、快速修調(diào)、單段運(yùn)行、程序停止、程序測試、步進(jìn)增量。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(biāo)進(jìn)行選擇。數(shù)控系統(tǒng)的通過軟件功能來更好的彌補(bǔ)數(shù)控機(jī)床硬件所不能直接完成的控制。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4～6倍而不損壞。（2）SIMODRIVE 611U 的組成611U 的各個模塊之間采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。調(diào)節(jié)型電源模塊（再生反饋模塊）。28KW的非調(diào)節(jié)型電源模塊需要安裝外部脈沖電阻器。如圖41所示，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命。MICROMASTER 420 具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡單的電動機(jī)控制 系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動裝置。在設(shè)計中進(jìn)給軸選用1FK7伺服電機(jī)，1FK7電機(jī)是高度緊湊型的永磁同步電機(jī)。為適應(yīng)數(shù)控機(jī)床在寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)低速大扭矩的特殊性，電機(jī)常被設(shè)計為恒功率制。數(shù)控系統(tǒng)的基本組成如圖36所示。圖38 SINUMERIK 802C系統(tǒng)的接口（1）電源端子X1系統(tǒng)工作電源為直流24V電源，接線端子為X1。其引腳定義分別如表36與表37所示。663：脈沖使能（+24V）；電壓范圍21~30V；電流消耗：25mA，24V時；19：基準(zhǔn)（用于所有的數(shù)字輸入端）；X441模擬量輸出：5芯插頭；：模擬量輸出1，驅(qū)動器A。P2N負(fù)端直流總線端子DB單元（NN5）連接端子B1動態(tài)制動電阻（B1B2）連接端子B2U連接電機(jī)的3相電源輸出端子(3 相, 200 – 230V 交流（2 單元）或380 460V 交流（4 單元）)VW（2）西門子MM420變頻器與西門子802C系統(tǒng)、電機(jī)的連接三相電源通過3相變壓器和空氣開關(guān)QM2接入變頻器R、S、T 端；西門子802C數(shù)控系統(tǒng)的接口X7的引腳（AGND4）與變頻器的5G端相連，引腳37（