Sinumerik 808D数控车床CNC和伺服系统连接与调试毕业设计论文Word文档下载推荐.docx

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Withtheimprovingofthemechanicalmanufacturingtechnology,mechanicalproductsandqualityareputforwardforhighergoals,processingtechnologyisoneoftheimportantmeasurestoensuretheprogress.Technologycannotonlyimprovetheefficiencyoftheproduction,atthesametimereducethecost,alsoimprovetheworkingconditionsoftheworkers.Digitaltypemachinebecauseofthesefactorswasbornandgrowslowly.

DigitalControlSystem,theEnglishnameforNumericalControlSystem,istheearlydevelopmentevolutionofparallelcomputer,isusedtoControltheautomationprocessingequipment,thevacuumtubeandrelayhardwarededicatedcontrolleriscapableofcomputinghardwarecalledNC（HardNC）.Sincethe1970s,theseparationofhardwareelectroniccomponentsgraduallymoreintegratedcomputerprocessor,calledcomputernumericalcontrolsystem.

CNC（Computerizednumericalcontrol,CNC）systemistousecomputercontrolprocessingfunctions,realizesthenumericalcontrolsystem.CNCsystembasedoncomputercontrolprogramstoredinmemory,andperformsomeorallofthenumericalcontrolfunction,andisequippedwithinterfacecircuitandservodrivedevice,aspecialcomputersystemforcontrolofautomatedprocessingequipment.

CNCsystembyncprogramstoragedevice（fromearlypapertapetothecircular,andmagnetictapes,disks,togeneralcomputerharddisk）,computercontrolconsole（fromadedicatedcomputerarchitectureevolutiontothePCcomputer）,programmablelogiccontroller（PLC）,spindledriverandfeed（servo）drive（includingdetectiondevice）,etc.

Duetograduallyusegeneralcomputer,numericalcontrolsystemisgiveprioritytocolorwiththesoftware,andusingPLCtoreplacethetraditionalmachinetoolelectricallogiccontroldevice,makethesystemmorecompact,itsflexibility,generality,betterreliability,easytoimplementcomplexnumericalcontrolfunction,operationandmaintenanceisconvenient,andisconnectedtothenetworkandtheremotecommunicationfunction.

ThisdesignisbasedonSiemensSINUMERIK808dnumericalcontrollatheCNCandtheservosystemconnectionanddebuggingofdesignandresearch,theoptimalspeedcontrol,shortenprocessingtime,highproductionefficiency,processingisconvenient,quick,quickinstallation,dataprocessing,fastonlinediagnosis,shortentime,fastdebuggingtools:

（1）thetextmanagerandWindowsPC-

（2）INPLCprogrammingtool（3）servodebuggingtoolsSimoCom,powerfulPLC,partsprocessingprogramcanbackuponthePCcard,

Richuserprocessingcycle

（1）theturningcircle

（2）millingcycle（3）thedrillingcycleintegrationstep/servodrivecontrolsystem,

Globalservices,thestandardofPROFIBUSfieldbuscommunication,completeonlinetrainingandinformationsupportprogramstoproduceconvenientandfeasible-doesnotrequireanyknowledgeofnumericalcontrol,fromsimpletocomplexpartsprocessingmethod

SINUMERK808dncsystemwereintroducedinthispaperthemaincomposition,characteristicsandapplications.Andtherelatedcontentsinthecontrolcircuitdesign,andusetheProgrammingToolsoftwaredevelopmentoftheinternalfunctionofPLCsystemandrelatedparameterssetting,achievedthepurposeofcommunicationbetweenthePCanddigitalcontrolsystem,SiemensSINUMERIK808dmillingversionascontrollercommissioningofCNClathecontrolcontainssysteminitialization,theuseofPLCprogram,driveuse,parametersetting,backtotheCNCmachineToolreferencepoint,etc.

Keyword:

CNCtechnology;

SiemensSINUMERIK808DMillingEdition;

acontrolcircuit

引言

毕业设计的关键是结束的大学生在学校期间,这是一个综合考试的知识,也是我们的实际设计过程,模拟真实的环境,这使得本专业设计工作我们有一个更深刻的理解,因此,为未来的工作奠定了坚实的基础。

进入90年代以来，由于计算机技术的飞速发展，推动数控机床技术更快的更新换代。

世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软硬件资源开发开放式体系机构的新一代数控系统。

利用多CPU的优势，能够实现故障自动排除，增强通信功能，提高线进，联网能力。

开发生产周期大大缩短。

设计工作是一个细致、困难、复杂,涵盖非常广泛,它不仅巩固了所学的知识,更多的提高和锻炼我们的综合能力。

但是因为水平有限,难免有缺点和错误的设计,请在这里老师指导。

第一章绪论

1.1设计背景

现如今许多公司（如汽车、电气、电子等工厂）大部分采用了自动化的机床、组合式的机床或自动化生产线。

使用具有很高自动化设备，产生跟好的效率。

虽然这些设备在先期购买时候需要很大投资，但经过大批量集中生产之后，成本得到大幅度降低，具有很大竞争力。

但在机械制造业中，不是所有产品都具有大批量，在机械加工当中，小批量和单件的产品占绝大部分，尤其是航天、航空、国防等，加工零件数量少，形状改造频繁，并且加工的零件外形复杂、加工精度要求高，采用专用自动化的机床加工这些工件就会产生不合理使用，因为设备需要经常的改装与调整，对于专用的加工生产线，这种情况是不可能。

最近这些年，市场竞争越来越激烈，为了能在竞争中生存和发展，不仅要提高生产产品的质量，而且要使用产品的特殊情况，缩短产品加工周期，以此满足市场的需要。

所以不管是大批量，也需要改变长期不变的思想观念。

长期频繁的研究新产品，使得自动化设备在生产大批量工件时凸显了其缺点。

已经投入使用的各种仿型加工机床虽然解决了小批量及复杂零件的生产加工，但是在换件时，必须制造靠模和调整机床，此举不但浪费了大量的劳动，还延长了生产周期，对零件的精度也产生很大影响。

为了让上述问题的到解决，来满足不同要求的自动化生产，急切需要一种具有灵活、通用、能够适合零件频繁变化的柔性自动化机床。

数字机床就是在次背景下出现及发展起来的。

它有效的解决了以上一系列问题，不管是单件，还是其他情况，都提供了方便的自动化加工手段。

数控机床将加工过程中所需要的各种步骤（例如主轴的变速、零件的松夹、开车和停车、进刀和退刀、供应切削液等）以及刀具与加工工件的相对位移量使用数字化的代码来表达，通过控制系统的介质将采集的信息送入计算机，计算机对输入的各种信息进行处理加运算，发出各种信号控制数控机床的伺服系统或者其他的元件执行指令，使数控机床加工出符合要求的零件。

数控机床与其他种类机床一个突出区别是，当加工工件改变时，只需要重新装夹工件和换刀具，数控机床不需要其他调整。

我国现在在数控机床方面的研究和使用已经取得了一定规模，这些年来，引进了国外的先进的数控系统和伺服系统的技术，使过国内在数控机床的数量、种类和质量等方面得到了快速发展。

目前国内在数控机床方面的生产企业有很多了，在机床方面的研究、生产都取得了很大成绩，它必定对于我国各行业的发展起到积极作用。

但是我国在数控机床方面和国外还有不少差距，但这种差距正随着深入研究与发展，数控机床差距将得到缩小。

随着技术的发展，对于数控机床需求将大幅度得到增长，数控机床将在现在化的发展建设中起到越来越大的作用。

1.2设计课题的意义

数控机床是多技术为一体化的机电一体化的产品，其中包括机械、电气、液压、气动、微电子、信息等多项技术。

是机械制造设备中具有很多优点的工作母机。

现在数控机床技术的水平是衡量一个国家工业制造水平的重要标志之一。

数控车床是数控机床设备中主要部分，在数控机床中占主要位置，一直受到各国的重视，发展迅速。

我国在数控机床从上世纪70年代初进入市场，经过多年不懈的努力，我国数控车床水平得到了很大的发展提高，在产量、品种、规格等方面发展齐全，已进入实用、全面的发展阶段。

对于数控机床的发展背景，作为机械方面学生，对数控机床系统研究很重要，通过模拟系统对数控车床的系统进行集中设计，使所学的相关知识得到充分利用，完成相关设计，为进入社会工作做好准备，为我国数控机床发展做出自己的努力。

1.2.1西门子SINUMERIK808D简介

西门子SINUMERIK808D数控系统分为两个版本，分别为车削版和铣削版。

车削版满足于现在普及型车床的高轮廓精度和高动态特性，确保了较高的生产效率，尤其在大批量的车削加工过程中。

其特点是一个加工通道，可以同时加工最多4个进给轴，其专为斜床身或者平床身的数控车床定制的机械机床系统。

SINUMERIK808D铣削版完美的适应现在普及型数控车床或者立式的加工中心，由于SINUMERIKMDynamics车削工艺包的控制功能，西门子808D也可以进行模具的加工，因此在普及型数控车床的应用等方面，SINUMERIK808D也有很好的性价比。

1.3课题设计研究的内容

1）数控车床CNC系统和伺服系统的功能分析。

2）CNC和伺服系统之间的连接电路设计。

3）CNC参数设定。

4）伺服系统参数设定。

5）CNC和伺服系统调试。

6）常见连接故障的分析与处理。

第二章SINUMERIK808D铣削数控系统组成

2.1数控车床传动系统的总体结构

如图2.1所示：

此图为数控车床传动的系统图，主轴的电机通过皮带传递扭矩给齿轮轴，再通过齿轮传动把转矩传给车床主轴，使主轴转动。

X轴方向，X伺服电机把转矩通过齿轮传给丝杠螺母，丝杠螺母副把转矩转换为X轴方向上的直线往返运动。

在Z轴方向上，伺服电机把转矩通过丝杠螺母副把转动运动转换为Z轴往返直线运动。

图2.1数控车床传动系统图

此次设计为数控车床系统，采用西门子的808D系统，其主要对主轴、X轴、Z轴进行控制。

2.2SINUMERIK808D数控单元介绍

2.2.1面板处理单元PPU

整个数控系统的大脑是面板处理系统PPU，所有的控制指令都是此系统发出的，其由人机界面、内置PLCI/0接口、X/Y/Z主要控制接口等，如下图2.2所示。

图2.2面板处理单元PPU接口的分布图

面板处理单元接口布局如下表2.1所示

表2.1面板处理单元的接口布局

编号

接口

注释

后视图

①

X100、X101、X102

数字量输入

②

X200、X201

数字量输出

③

X21

快速输入/输出

④

X301、X302

分布式输入/输出

⑤

X10

手轮输入

⑥

X60

主轴编码器接口

⑦

X54

模拟量主轴接口

⑧

X20

RS232接口

⑨

X51、X52、X53

脉冲驱动接口

⑩

X30

用于连接MCP的USB接口

⑪

X1

电源接口：

连接+24V直流电源

⑫

-

电池接口

⑬

系统CF卡卡槽

前视图

⑭

USB接口

2.2.2操作面板MCP

MCP是专门为数控车床而搭配的，同时也是OPI上的一个节点，应用位置不同，其布局分配也不同，MCP的主要作用是各类硬功能键的操作，其主要结构如图2.3所示：

图2.3MCP操作面板

上图的操作面板上的键位根据车削布置

2.3驱动单元介绍

2.3.1SINAMICSV60伺服驱动模块

SINAMICSV60CPM60.1伺服驱动器专门为标准的数控车床而设计，用于进给轴的控制。

此系统设计主要考虑成本因素的应用。

驱动器的主要参数根据SINUMERIK808D进行其优化。

其特点如下：

（1）紧凑型单轴驱动模块，将整流单元、逆变和控制单元集成于一体

（2）散热片使用铝制压铸件来代替冷却式风扇

（3）电路板带有涂层

（4）不需要PC的工具对其调试和配置

（5）简单调试使用按键进行

（6）在驱动器中存有预定配置的电机数据

（7）CE认证

2.3.21FL5伺服电机

1FL5伺服电机由西门子推出，紧凑永磁系列同步电机。

1FL5电机通过各种选择、齿轮箱、编码器和丰富的电机选型，使得在任何场合都有应用，同时也满足了新一代设备的新要求。

IFL5伺服电机和V60驱动组合在一起时，可以组成一个高效的功能系。

根据应用场合的不同，可以选择各种型号的转速控制和位置控制的编码器系统。

此电机没有外部风冷的运行，通过表面的运行导出损耗热量。

1FL5伺服电机在过载方面具有很高的能力。

1FL5电机，转矩6N.m,变压器是集成式单极对旋转，没有制动，光轴，转速为3000r/min；

另一种为转矩8N.m,变压器是集成式单极对旋转，没有制动，光轴，转速为3000r/m。

2.3.3西门子SINAMICSG120变频器

SINAMICSG20系列是用于控制三相交流电动机速度的变频器。

本系列有多种型号，用户可以在单电源电压、额定功率120W到三相电源电压、额定功率11KW的范围内选择。

变频器由微处理器控制，采用的是现在比较先进的绝缘栅双极型晶体作为功率输出器件。

因此，具有很高的运行的可靠性和功能的多样性。

电机运行的噪音，可以通过脉冲宽度调整的开关频率调整。

变频器和电动机在全面而完善的功能，提供了很好了保护。

SIMAMICSG120具有缺省的工厂设置参数，给众多的简单电动机控制系统的供电提供了理想的变频驱动装置。

由于SINAMICS120有其完善而全面的控制功能，在调整相关参数下，可以应用于更高级的电动机控制系统。

SINAMICSG120即可用于单机驱动系统，也可集成在“自动化系统中”，其主要特点是：

（1）易于安装

（2）便于调整

（3）可靠地EMC设计

（4）IT电源供电

（5）对控制信号响应是快速和可重复的

（6）其参数设置范围广，可以对广泛的应用对象进行配置。

（7）电缆的连接较简便

（8）模块化设计，配置灵活

（9）脉宽调整频率高，电动机运行噪音低

（10）具有详细的变频器状态信息和信息集成的功能

（11）多种的可选件可供选择：

用于和PC通讯的通讯模块，基于操作面板BOP,高级操作面板AOP,现场总线通讯的PROFIBUS模块

第三章SINUMERIK808D铣削数控系统电气原理图设计

3.1概述

本数控车床是西门子SINUMERIK808D系统控制的三轴式数控车床，此系统将CNC、PLC、HMI和通讯任务集于一体的部件。

PC元件集成了PROFIBUS接口，作用于驱动模块和I/O模块，使得具有速装的超薄面板的结构。

因为是独立的驱动接口，各轴的驱动功率可以独立配置，SIMATICS7-200的指令可以适用于机床。

此系统能够执行SINUMERIK零件的加工程序，还可以在系统上使用非西门子G代码。

SINUMERIK808D通过PROFIBUS接口和伺服驱动器进行联接，各部信号通过I/O模块进出PPU。

系统采用的主要元部件

a）SINUMERIK808D型CNC控制系统和三轴驱动电机

b）主轴电机为1PH7交流电机和相应的驱动装置

c）键盘为全数控

d）通过PROFIBUS联接的I/O模块PP72/48

e）通过PROFIBUS联接的SIMODRIVE611通用驱动系统

f）电子手轮

系统的整体接线框图如下图3.1所示：

图3.1系统的整体接线框图

3.2电源开关及保护电路

数控车床的电路包含各种正要的部件，并且含有高低压，对操作及维修都有一定安全影响，安全的线路可以保证人身安全的情况下，维持机床的正常稳定的运行。

如下图3.2所示，

图3.2电源开关及保护电路

3.3控制系统电路

数控车床控制系统电路图主要完成数控系统上下电的控制、主电路接触网控制和电磁阀控制。

如下图3.3、3.4所示,控制系统包括对集成电路板、数字量输入、数字量输出、X轴、Z轴和手轮的系统控制。

图3.3控制系统电路：

M40/1

图3.4控制系统电路：

M40/2

3.4X轴电路

X轴电路是对X轴进行控制，从而达到X轴的准确运动，在工作台运动的过程中，