【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 展和廣泛應(yīng)用，這就是第五代數(shù)控 （ MNC） ，然而后來(lái)也將 MNC也成為 CNC。 20 世紀(jì) 80 年代初，國(guó)際上又出現(xiàn)了柔性制造單元 FMC。 FMC 和 FMS 被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)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(diǎn)使數(shù)控機(jī)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(jī)器人、數(shù)控切割機(jī)、數(shù)控火花切割機(jī)、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、繪圖儀等設(shè)備上。 1． 2 我國(guó)數(shù)控機(jī)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(jī)床業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時(shí)代，其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一。數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的加工母機(jī)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。它為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供裝備和手段，具有無(wú)限放大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效應(yīng)。目前，歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國(guó)從 20 世紀(jì) 80 年代開(kāi)始起步 ，仍處于發(fā)展階段。 “十五”期間，中國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)實(shí)現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量 2021 年為 17521臺(tái)， 2021 年 24803 臺(tái)， 2021 年 36813 臺(tái)， 2021 年 51861 臺(tái)， 2021 年產(chǎn)量是 2021年的 倍，平均年增長(zhǎng) 39％ ； 2021 年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量 59639 臺(tái)，接近 6 萬(wàn)臺(tái)大關(guān)，是“九五”末期的 倍。“十五”期間，中國(guó)機(jī)床行業(yè)發(fā)展迅猛的主要中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 3 頁(yè) 共 50 頁(yè) 原因是市場(chǎng)需求旺盛。固定資產(chǎn)投資增速快、汽車和機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展迅猛、外商投資企業(yè)增長(zhǎng)速度加快所致。 2021 年，中國(guó)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到 85756 臺(tái)，同比增 長(zhǎng) %，增幅高于金切機(jī)床產(chǎn)量增幅 個(gè)百分點(diǎn)，進(jìn)而使金切機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到 %，同比增加 個(gè)百分點(diǎn)。此外，數(shù)控機(jī)床在外貿(mào)出口方面亦業(yè)績(jī)驕人，全年實(shí)現(xiàn)出口額 億美元，同比增長(zhǎng) %，高于全部金屬加工機(jī)床出口額增幅 個(gè)百分點(diǎn)。 2021 年，中國(guó)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá) 123,257 臺(tái)，數(shù)控金屬成形機(jī)床產(chǎn)量達(dá) 3,011臺(tái)；國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床擁有量約 50 萬(wàn)臺(tái)，進(jìn)口約 20 萬(wàn)臺(tái)。 2021 年 10 月，中國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量達(dá) 105,780 臺(tái)，比 2021 年同比增長(zhǎng) ％ 。 長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)產(chǎn)數(shù) 控機(jī)床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進(jìn)展緩慢，高檔依靠進(jìn)口的局面，特別是國(guó)家重點(diǎn)工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進(jìn)口，技術(shù)受制于人。究其原因，國(guó)內(nèi)本土數(shù)控機(jī)床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國(guó)外先進(jìn)水平相比落后 了 510 年；在高、精、尖技術(shù)方面的差距則達(dá)到了 1015 年。同時(shí)中國(guó)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(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對(duì)滯后，國(guó)產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床還沒(méi)有形成品牌效應(yīng)。同時(shí)，中國(guó)的數(shù)控機(jī)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(chǎng)營(yíng)銷能力和經(jīng)營(yíng)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(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 國(guó)外公司在中國(guó)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(guó)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)就有望從根本上實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略反擊。同時(shí)，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(guó)的自主設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和成套生產(chǎn)能力，創(chuàng)建國(guó)產(chǎn)自主品牌產(chǎn)品，提高中國(guó)高檔數(shù)控系統(tǒng)總體技術(shù)水平。 “十 二 五”期間，中國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)將步入快速發(fā)展期，中國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)面臨千載難逢的大好發(fā)展機(jī)遇 ，根據(jù)中國(guó)數(shù)控車床 以往 消費(fèi)數(shù)量，通過(guò)模型擬合，預(yù)計(jì) 到 2021 年數(shù)控車床銷售數(shù)量將達(dá) 18 萬(wàn)臺(tái)，年均增長(zhǎng)率為 達(dá) 16%以上 。 在技術(shù)方面也將得到大幅度提高，現(xiàn)在國(guó)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(shí)現(xiàn)從“中國(guó)制造”到“中國(guó)創(chuàng)造”的轉(zhuǎn)型。 1． 3 本課題的研究背景 及意義 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 4 頁(yè) 共 50 頁(yè) 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步設(shè)社會(huì)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(jìn)制造技術(shù)正以較快的速度逐步取代傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù) ,這已 成為當(dāng)今機(jī)械制造技術(shù) 發(fā)展的趨勢(shì) 。 數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)中 的大量應(yīng) 用 ,使社會(huì)對(duì)能 熟練掌握數(shù)控機(jī)床的操作 ,編程 及維 修的工程應(yīng)用人才的需 求量越來(lái)越大 。 近年來(lái)各院校相應(yīng) 開(kāi)出的數(shù)控專 業(yè) ,便從教 育的層面上反映 出社會(huì)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(wèn) 題 。 數(shù)控人才的培養(yǎng)離不開(kāi)實(shí)踐操作，而現(xiàn)今真正投入生產(chǎn)的數(shù)控設(shè)備價(jià)格一般都很昂貴，因此研究和開(kāi)發(fā)一套用于經(jīng)濟(jì)適用的數(shù)控仿真實(shí)訓(xùn)臺(tái)就變得很有必要。 基于西門子 802C 數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的數(shù)控車床實(shí)訓(xùn)臺(tái) 不僅可作為數(shù)控車床電氣故障的維修實(shí)訓(xùn)設(shè)備，也可作為數(shù)控車床的實(shí)際加工操作實(shí)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(jì)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(guò)程等多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)效果。該裝置采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)，既可用于教學(xué)、也可用于課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn)，有利于提高學(xué)生設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)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(duì)象最大限度地適應(yīng)和滿足市場(chǎng)需求。 該裝置也可以幫助科研技術(shù)人員進(jìn)一步了解數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)，同時(shí)也為技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)控車床系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)提供了必要條件。 操作過(guò)程與實(shí)際生產(chǎn)接軌，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，不僅解決了學(xué)員培訓(xùn)費(fèi)用高的問(wèn)題，而且更能體現(xiàn)仿真操作的真實(shí)性，使教 學(xué)效果得到明顯提高。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 5 頁(yè) 共 50 頁(yè) 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(kāi)發(fā)的全功能說(shuō)控系統(tǒng)，它可以控制 2 到 3 個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)給軸和一個(gè)伺服主軸或變頻主軸，連接SIMODRIVE 611U 或 SIMODRIVE base SIMODRIVE 611U 或SIMODRIVE base line 時(shí)連接 1FK7 系統(tǒng)伺服電機(jī)。它主要由： CNC 控制器、驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)、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(jiǎn)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)。 正如下圖 11 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(jià)位的特性，一直以來(lái)備受人們的青睞。 圖 11 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 基本面 板 西門子 802C 系統(tǒng)具有獨(dú)立的操作面板及 N C 部分，其顯著的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，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(jiǎn)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。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 6 頁(yè) 共 50 頁(yè) SIEMENS 802C 數(shù)控系統(tǒng)的操作面板可分為三個(gè)區(qū)： LCD 顯示區(qū)、 NC 鍵盤區(qū)、機(jī)床控制面板 （ MCP） 區(qū)。見(jiàn)圖 21。 圖 21 802C 操作面板 NC 鍵盤區(qū) 圖 22 NC 鍵盤區(qū) 各功能鍵說(shuō)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(dāng)前各軸的工作狀態(tài)。 2）返回鍵：返回到上一級(jí)菜單。 3）軟鍵：在不同的屏幕狀態(tài)下，操作對(duì)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(shí)，按此鍵刪除（退格）清除前一字符。 5）報(bào)警應(yīng)答鍵：報(bào)警出現(xiàn)時(shí)，按此鍵可以消除報(bào)警（取決于報(bào)警級(jí)別）。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 7 頁(yè) 共 50 頁(yè) 6）光標(biāo)向上鍵 /向上翻頁(yè)（上檔）鍵。 7）菜單擴(kuò)展鍵：進(jìn)入同一級(jí)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(xiàng)。 10）光標(biāo)向右鍵。 11）光標(biāo)向下鍵 /向下翻頁(yè)（上 檔）鍵。 12）回車 /輸入鍵：按此鍵確認(rèn)所輸入的參數(shù)或換行。 13）選擇 /切換鍵：在設(shè)定參數(shù)時(shí)，按此鍵可以選擇或轉(zhuǎn)換參數(shù)。 14）空格鍵：在編輯程序時(shí)，按此鍵插入空格。 15）光標(biāo)向左鍵。 16）字符鍵：用于字符輸入，上檔鍵可轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)字符。 17）上檔鍵：按數(shù)字鍵或字符鍵時(shí)，同時(shí)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。 機(jī)床控制面板 各按鍵功能說(shuō)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(shí)閃爍頻率為 1： 1 4）急停開(kāi)關(guān) 5） K1~K12 用戶自定義鍵（帶LED）：用戶可以編寫 PLC 程序進(jìn)行鍵的定義。 圖 23 機(jī)床控制面板區(qū) 運(yùn)行方式鍵 ： 6）增量選擇鍵：在 JOG 方式（手動(dòng)運(yùn)行方式）下，按此鍵可以進(jìn)行增量方式中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 8 頁(yè) 共 50 頁(yè) 的選擇，范圍為：179。 1，179。 10，179。 100，179。 1000。 7）點(diǎn)動(dòng)方式鍵：按此鍵切換到手動(dòng)方式。 8）回參考點(diǎn)鍵：在此方式下運(yùn)行回參考點(diǎn)。 9）自動(dòng)方式鍵：按此鍵切換到自 動(dòng)加工方式，按照加工程序自動(dòng)運(yùn)行。 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。 11）手動(dòng)數(shù)據(jù)鍵：在此方式下手動(dòng)編寫程序，然后自動(dòng)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(dòng)。 14）主軸反轉(zhuǎn)鍵：按此鍵，主軸反方向旋轉(zhuǎn)。 倍率鍵 ： 15）進(jìn)給軸倍率增加鍵（帶 LED）：按動(dòng)此鍵，進(jìn)給軸倍率增大。當(dāng)進(jìn)給軸倍率大于 100%時(shí) LED 亮，達(dá)到 120%時(shí)（最大） LED 閃爍。 16）主軸倍率增加鍵（帶 LED）：按動(dòng)此鍵，主軸倍率增大。當(dāng)主軸倍率大于100%時(shí) LED 亮，達(dá)到 120%時(shí)（最大） LED 閃爍。 17）進(jìn)給軸倍率 100%鍵：按此鍵大于系統(tǒng)所設(shè)定的時(shí)間值（缺省值為 秒）時(shí)，進(jìn)給軸倍率直接變?yōu)?100%。 18）主軸倍率 100%鍵：按此鍵大于系統(tǒng)所設(shè)定的時(shí)間值（缺省值為 秒）時(shí)，主軸倍率直接變?yōu)?100%。 19）進(jìn)給軸倍率減少鍵（帶 LED）：按動(dòng)此鍵，進(jìn)給軸倍率減少。按此鍵大于系統(tǒng)所設(shè)定的時(shí)間值（缺省值為 秒）時(shí)，進(jìn)給軸倍率直接變?yōu)?0%。進(jìn)給軸倍率在 0%100%時(shí) LED 燈亮，降為 0%時(shí)（最?。?LED 閃爍。 20）主軸倍率減少鍵（帶 LED）： 按動(dòng)此鍵，主軸倍率減少。按此鍵大于系統(tǒng)所設(shè)定的時(shí)間值（缺省值為 秒）時(shí)，進(jìn)給軸倍率直接變?yōu)?50%。進(jìn)給軸倍率在50%100%時(shí) LED 燈亮，降為 50%時(shí)（最小） LED 閃爍。 點(diǎn)動(dòng)鍵 ： 21） X 軸正向點(diǎn)動(dòng)鍵：在手動(dòng)方式下按動(dòng)此鍵， X 軸向正方向點(diǎn)動(dòng)。 22） Z 軸正向點(diǎn)動(dòng)鍵：在手動(dòng)方式下按動(dòng)此鍵， Z 軸向正方向點(diǎn)動(dòng)。 23）快速運(yùn)行疊加鍵：在手動(dòng)方式下，同時(shí)按此鍵和一個(gè)坐標(biāo)軸點(diǎn)動(dòng)鍵，坐標(biāo)中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 9 頁(yè) 共 50 頁(yè) 軸按快速進(jìn)給速度點(diǎn)動(dòng)。 24） Z 軸負(fù)向點(diǎn)動(dòng)鍵：在手動(dòng)方式下按動(dòng)此鍵， Z 軸向負(fù)方向點(diǎn)動(dòng)。 25） X 軸負(fù)向點(diǎn)動(dòng)鍵：在手動(dòng)方式下按動(dòng) 此鍵， X 軸向負(fù)方向點(diǎn)動(dòng)。 啟動(dòng) /停止鍵 ： 26）復(fù)位鍵：按此鍵，系統(tǒng)復(fù)位，當(dāng)前程序中斷執(zhí)行并退出。 27）數(shù)控停止鍵：按此鍵，當(dāng)前執(zhí)行的程序中斷執(zhí)行。 28）數(shù)控啟動(dòng)鍵：按此鍵，系統(tǒng)開(kāi)始執(zhí)行加工程序。 LCD 顯示區(qū) 如圖 24 所示， LCD 顯示區(qū)是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的顯示窗口，具體說(shuō)明如下： 1）當(dāng)前操作區(qū)域：加工、參數(shù)、程序、通訊、診斷。通過(guò)主菜單不同的軟鍵進(jìn)行操作。 圖 24 LCD 顯示屏幕劃分 2）程序狀態(tài)：程序停止；程序運(yùn)行；程序復(fù)位。 3）運(yùn)行方式：點(diǎn)動(dòng)方式、自 動(dòng)方式、 MDA 方式。 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(cè)試、步進(jìn)增量。 5）操作信息。 6）程序名。 7）報(bào)警顯示行：在 NC 或 PLC 報(bào)警時(shí)顯示報(bào)警信息。 8）工作窗口：工作窗口和 NC 顯示。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 10 頁(yè) 共 50 頁(yè) 9）返回鍵：軟鍵菜單中出現(xiàn)此符號(hào)時(shí)，表明存在上一級(jí)菜單，按下返回鍵后不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)直接回到上一級(jí)。 10）擴(kuò)展鍵：出現(xiàn)此符號(hào)表明同級(jí)菜單中存在其它菜單，按下擴(kuò)展鍵后可以選擇這些功能。 11）軟鍵。 12）垂直菜