西门子802C车床数控系统的安装调试.docx
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西门子802C车床数控系统的安装调试
毕业设计
院系名称
2014年06月03日
西门子802C车床数控系统的安装
摘要:
随着科学技术的不断进步和社会生产力的不断发展，以数控技术为基础的机械制造技术正以较快的速度逐步取代传统机械制造技术,这已成为当今机械制造技术发展的趋势,数控机床得以在机械制造业中大量应用。
SINUMERIK802Cbaseline是在SINUMERIK802C基础上新开发的全功能数控系统，它具有安装调试方便快捷、操作编程简单方便，可靠性高、稳定性强的特点，是一种较为先进的CNC数控系统。
本文详细介绍了西门子802C车床数控系统的安装过程，其中包括数控系统的详细介绍、电气和机械元件的选型、根据电气原理图安装各个模块、以及简单的上电调试。
此次设计是为接下来的调试过程做准备，也可用来作为高校数控系统教学平台，指导学生安装调试此数控系统。
关键词：
数控技术；CNC数控系统；电气原理图；安装
SINUMERIK802CLatheCNCSystemInstall
Abstract:
Withthecontinuousprogressofscienceandtechnologysetever-breakingdevelopmentofsocialproductiveforces，advancedmanufacturingtechnologyisbasedonthenumericalcontroltechnologyatafasterrategraduallyreplacedthetraditionalmechanicalmanufacturingtechnology,whichhasbecomethetrendofmechanicalmanufacturingtechnologydevelopment.CNCmachinetoolhasusedinmanufacturingindustry.SINUMERIK802CbaselineisbasedonSINUMERIK802Cwhichthenewlydevelopedfull-functionnumericalcontrolsystems,Ithasaquickandeasyinstallation,operationsimpleandconvenientprogramming,highreliabilityandstabilitycharacteristics,isamoreadvancedCNCnumericalcontrolsystem.ThisarticledescribestheinstallationprocessSiemens802CCNClathesystem,Includingtheselectionofdetails,electricalandmechanicalcomponentsoftheCNCsystem,connectingthevariousmodules,andsimplepowerdebuggingbasedonelectricalschematics.ToprepareforthenextdebuggingprocesscanalsobeusedasateachinguniversityCNCsystemplatform,guidingstudentstoinstalltheCNCsystem.
Keywords:
CNC；CNCsystem；Electricalschematics；Install
1绪论
1．1数控机床的产生与发展
1.1.1数控机床的产生
随着科技的不断发展，对各种产品的质量和生产效率提出了更高的要求。
产品加工过程的自动化是实现高质量、高效率的重要措施。
飞机、汽车等生产企业大多采用自动化机床、组合式机床和自动化生产线，从而保证了产品的质量，提高了生产效率和减轻了操作者的劳动强度。
但是在产品加工中，单件、小批量生产的零件约占总量的80%以上。
对这些多品种、小批量、形状复杂、精度要求高的零件的加工，采用专业程度高的自动化机床和自动化生产线就显得很不合适。
在市场经济的大潮中，产品竞争日趋激烈，为了求得生存与发展，各企业纷纷在提高产品的技术档次、增加产品的种类、缩短试制与生产周期和提高产品的质量上下功夫，即使批量较大的产品，也不大可能多年不变，因此必须经常开发新产品，频繁地更新换代。
传统的自动化生产线难以适应小批量、多品种的生产要求。
为了解决上述问题，一种灵活、高精度、高效率的自动化设备——数控机床应运而生。
1952年美国帕森斯公司和麻省理工学院在美国空军的委托下，合作研制了世界上的第一台三坐标数控铣床，完成了直升飞机叶片轮廓检查用样板的加工。
这是一台采用专用计算机进行运算与控制的直线插补轮廓控制铣床。
经过三年的试用、改造和提高，数控机床于1955年进入实用化阶段，在复杂曲面的加工中发挥了重要的作用。
尽管这种初期数控机床采用电子管和分立元件硬接线电路来进行运算和控制，体积庞大而功能单一，但它采用了较为先进的数字控制技术，具有强大的生命力，它的出现开辟了工业生产技术的新纪元。
从此，数控机床在全世界得到了迅速的发展。
1.1.2数控机床的发展
最早采用数控技术进行机械加工的想法是在20世纪40年代初期提出的。
当时，美国北密执安的一个小型飞机工业承包商帕森斯公司在制造飞机框架及直升飞机叶片轮廓用样板时，使用计算机对叶片轮廓的加工路径进行了数据处理，并考虑了刀具半径对加工路径的影响，使得加工精度达到了0.0015mm。
1952年，美国麻省理工学院研制出的三坐标联动利用脉冲乘法器原理的试验性数控系统是数控机床的第一代。
1959年，电子行业研制出晶体管元件，因而控制系统中广泛采用晶体管和印刷电路板技术，跨入第二代。
1959年3月，由美国耐·杜列克公司发明了带有自动换刀装置的数控机床，成为“加工中心”。
1960年，出现了小规模集成电路，由于其体积小、功耗低，使数控系统的可靠性进一步提高，数控系统发展到第三代。
以上三代都是采用专业控制的硬件逻辑数控系统，也称NC系统。
1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是最初的FMS（FlexibleManufacturerSystem）柔性制造系统。
随着计算机技术的发展，小型计算机开始取代专业控制的硬件逻辑数控系统（NC），数控的许多功能由软件程序实现。
由计算机作控制单元的数控系统（CNC），称为第四代。
1970年前后，美国英特尔公司开发和使用了微处理器。
1974年，美、日等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统的数控机床。
20多年来，微处理器数控系统得到了飞速发展和广泛应用，这就是第五代数控系统（MNC），然而后来也将MNC也称为CNC。
20世纪80年代初，国际上又出现了柔性制造单元FMC。
FMC和FMS都被认为是实现计算机集成制造系统CIMS的基础。
数控系统的许多优点使数控机床得到了广泛发展和应用，数控技术还被广泛应用于工业机器人、数控切割机、数控火花切割机、坐标测量机、绘图仪等设备上。
1．2我国数控机床的发展现状及前景
随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。
数控机床是制造业中的加工母机和国民经济的重要基础。
它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。
目前，欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程，而中国从20世纪80年代开始起步，仍处于发展阶段。
“十五”期间，中国数控机床行业实现了超高速的发展。
其产量2001年为17521台，2002年24803台，2003年36813台，2004年51861台，2004年产量是2000年的3.7倍，平均年增长39％；2005年国产数控机床产量59639台，接近6万台大关，是“九五”末期的4.24倍。
“十五”期间，中国机床行业发展迅猛的主要原因是市场需求旺盛。
固定资产投资增速快、汽车和机械制造行业发展迅猛、外商投资企业增长速度加快所致。
2006年，中国数控金属切削机床产量达到85756台，同比增长32.8%，增幅高于金属切削机床产量增幅18.4个百分点，进而使金属切削机床产值数控化率达到37.8%，同比增加2.3个百分点。
此外，数控机床在外贸出口方面亦业绩骄人，全年实现出口额3.34亿美元，同比增长63.14%，高于全部金属加工机床出口额增幅18.58个百分点。
2007年，中国数控金属切削机床产量达123,257台，数控金属成形机床产量达3,011台；国产数控机床拥有量约50万台，进口约20万台。
2008年10月，中国数控机床产量达105,780台，比2007年同比增长2.96％。
长期以来，国产数控机床始终处于低档迅速膨胀，中档进展缓慢，高档依靠进口的尴尬局面，特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口，技术受制于人。
究其原因，国内本土数控机床企业大多处于“粗放型”阶段，在产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平相比落后了5~10年；在高、精、尖技术方面的差距则达到了10~15年。
同时中国在应用技术及技术集成方面的能力也比较低，相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后，国产的数控机床还没有形成品牌效应。
同时，中国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系，市场营销能力和经营管理水平也不高。
更重要原因是缺乏自主创新能力，完全拥有自主知识产权的数控系统少之又少，制约了数控机床产业的发展。
国外公司在中国数控系统销量中的80％以上是普及型数控系统。
如果我们能在普及型数控系统产品快速产业化上取得突破，中国数控系统产业有望从根本上实现战略反击。
同时，还要建立起比较完备的高档数控系统的自主创新体系，提高中国的自主设计、开发和成套生产能力，创建国产自主品牌产品，提高国产高档数控系统总体技术水平。
“十二五”期间，中国数控机床产业将步入快速发展期，我国数控机床行业面临千载难逢的大好发展机遇，根据中国数控车床以往消费数量，通过模型拟合，预计到2015年数控车床销售数量将达18万台，年均增长率为达16%以上。
在技术方面也将得到大幅度提高，现在国外的部分技术垄断现象也将得到有效缓解，真正意义上实现从“中国制造”到“中国创造”的转型。
1．3本课题的研究背景及意义
随着科学技术的不断进步和社会生产力的不断发展，以数控技术为基础的先进制造技术正以较快的速度逐步取代传统机械制造技术,这已成为当今机械制造技术发展的大趋势。
西门子802C数控系统是一种经济型数控系统，具有较高的性价比，并在中端车床、铣床以及机床改造等领域有极其广泛的应用，研究其安装调试过程可用于指导人们掌握较快捷的安装调试方法，提供解决安装调试过程中出现问题的解决方法，降低其推广使用的成本，可使这种较先进的的数控机床得到大量的推广和应用。
研究西门子802C车床数控系统不仅可以使其较迅速的应用于工业生产，也可作为高校教学平台，用来指导学生掌握此种先进的数控系统，使其掌握其安装调试过程。
2西门子802C数控系统的介绍
2.1西门子802C数控系统概述
SINUMERIK802Cbaseline是在SINUMERIK802C基础上新开发的全功能说控系统，它可以控制2到3个伺服电机进给轴和一个伺服主轴或变频主轴，它主要由：
CNC控制器、驱动器和电机、变频器和电缆这几个部分组成。
它具有结构紧凑，高度集成于一体的数控单元，操作面板和输入输出单元机床调试配置数据少，系统与机床匹配更快速、更容易；简单而友好的编程界面，保证了生产的快速进行，优化了机床的使用。
如下图2.1所示，西门子802C数控系统在西门子公司数控系统产品中拥有高性能、低价位的特性，一直以来备受人们的青睐。
图2.1西门子公司数控系统产品结构
2．2西门子802C数控系统的组成
2.2.1基本面板
西门子802C系统具有独立的操作面板及NC部分，其显著的特点是结构紧凑，机床调试配置数据少，系统与机床匹配更快速、更容易；简单而友好的编程界面保证了生产的快速进行，优化了机床的使用。
SIEMENS802C数控系统的操作面板可分为三个区：
LCD显示区、NC键盘区、MCP（机床控制面板）区。
见图2.2。
图2.2802C操作面板
2.2.2NC键盘区
图2.3NC键盘区
各功能键说明：
1）加工显示键：
按此键后，屏幕立即回到加工显示画面，在此处可以看到当前各轴的工作状态；
2）返回键：
返回到上一级菜单；
3）软键：
在不同的屏幕状态下，操作对应的软键，可以执行相应的操作；
4）删除/退格键：
在程序编辑画面时，按此键清除前一字符；
5）报警应答键：
报警出现时，按此键一般可消除报警（取决于报警级别）；
6）光标向上键/向上翻页键；
7）菜单扩展键：
进入同一级的其他菜单画面；
8）区域转换键：
按此键后立即回到主界面；
9）垂直菜单键：
在某些特殊画面，按此键可垂直显示选项；
10）光标向右键；
11）光标向下键/向下翻页（上档）键；
12）回车/输入键：
按此键确认所输入的参数或换行；
13）选择/切换键：
在设定参数时，按此键可以选择或切换参数；
14）空格键：
在编辑程序时，按此键插入空格；
15）光标向左键；
16）字符键：
用于字符的输入，上档键可切换至对应字符；
17）上档键：
按数字键或字符键时，同时按此键可使数字/字符的左上角字符生效；
18）数字键：
用于数字的输入。
2.2.3机床控制面板
各按键功能说明：
基本功能区：
1）POK（绿灯）：
电源上电，灯亮表示电源正常供电；
2）ERR（红灯）：
系统故障，此灯亮表示CNC出现故障；
3）DIA（黄灯）：
诊断。
该灯显示不同的诊断状态，正常状态时闪烁频率为1：
1；
4）急停开关；图2.4机床控制面板区
5）K1~K12用户自定义键：
用户可以编写PLC程序进行键的定义；
运行方式键：
6）增量选择键：
在JOG方式（手动运行方式）下，按此键可以进行增量方式的选择，范围为：
×1，×10，×100，×1000；
7）点动方式键：
按此键切换到手动方式；
8）回参考点键：
在此方式下运行回参考点；
9）自动方式键：
按此键切换到自动加工方式，按照加工程序自动运行；
10）单段运行键：
按此键设定单段运行方式，程序按单段运行；
11）手动数据键：
在此方式下手动编写程序，然后自动执行；
主轴键：
12）主轴正转键：
按此键，主轴正方向旋转；
13）主轴停止键：
按此键，主轴停止转动；
14）主轴反转键：
按此键，主轴反方向旋转；
倍率键：
15）进给轴倍率增加键（带LED）：
按动此键，进给轴倍率增大。
当进给轴倍率大于100%时LED亮，达到120%时（最大）LED闪烁；
16）主轴倍率增加键（带LED）：
按动此键，主轴倍率增大。
当主轴倍率大于100%时LED亮，达到120%时（最大）LED闪烁；
17）进给轴倍率100%键：
按此键大于系统所设定的时间值（缺省值为1.5秒）时，进给轴倍率直接变为100%；
18）主轴倍率100%键：
按此键大于系统所设定的时间值（缺省值为1.5秒）时，主轴倍率直接变为100%；
19）进给轴倍率减少键（带LED）：
按动此键，进给轴倍率减少。
按此键大于系统所设定的时间值（缺省值为1.5秒）时，进给轴倍率直接变为0%。
进给轴倍率在0%-100%时LED灯亮，降为0%时（最小）LED闪烁；
20）主轴倍率减少键（带LED）：
按动此键，主轴倍率减少。
按此键大于系统所设定的时间值（缺省值为1.5秒）时，进给轴倍率直接变为50%。
进给轴倍率在50%-100%时LED灯亮，降为50%时（最小）LED闪烁；
点动键：
21）X轴正向点动键：
在手动方式下按动此键，X轴向正方向点动；
22）Z轴正向点动键：
在手动方式下按动此键，Z轴向正方向点动；
23）快速运行叠加键：
在手动方式下，同时按此键和一个坐标轴点动键，坐标轴按快速进给速度点动；
24）Z轴负向点动键：
在手动方式下按动此键，Z轴向负方向点动；
25）X轴负向点动键：
在手动方式下按动此键，X轴向负方向点动；
启动/停止键：
26）复位键：
按此键，系统复位，当前程序中断执行并退出；
27）数控停止键：
按此键，当前执行的程序中断执行；
28）数控启动键：
按此键，系统开始执行加工程序。
2.2.4LCD显示区
如图2.5所示，LCD显示区是整个数控系统的显示窗口，具体说明如下：
1）当前操作区域：
加工、参数、程序、通讯、诊断。
通过主菜单不同的软键进行操作；
2）程序状态：
程序停止，程序运行，程序复位；
3）运行方式：
点动方式、自动方式、MDA方式；
4）状态显示：
程序段跳跃、空运行、快速修调、单段运行、程序停止、程序测试、步进增量；
5）操作信息；
6）程序名；
7）报警显示行：
在NC或PLC报警时显示报警信息；
图2.5LCD显示屏幕划分
8）工作窗口：
工作窗口和NC显示；
9）返回键：
软键菜单中出现此符号时，表明存在上一级菜单，按下返回键后不存储数据直接回到上一级；
10）扩展键：
出现此符号表明同级菜单中存在其它菜单，按下扩展键后可以选择这些功能；
11）软键；
12）垂直菜单：
出现此符号时表明存在其它菜单功能，按下垂直菜单键后，这些菜单显示在屏幕上，并可用光标进行选择；
13）进给轴速度倍率：
在此显示当前进给轴的速度倍率；
14）齿轮级：
在此显示当前主轴的齿轮级；
15）主轴速度倍率：
在此显示当前主轴的速度倍率。
2.2.5系统接口布置区
如图2.6所示，系统接口布置是整个CNC控制系统与外部电路进行连接的接口，具体说明如下：
1）电源端子X1
系统工作电源为直流24V电源，接线端子为X1，如表2.1所示。
表2.1系统工作电源
端子号
信号名
说明
1
PE
保护地
2
M
0V
3
P24
直流24V
图2.6系统接口布置
2）通讯接口RS232-X2
在使用外部PC/PG与SINUMERIK802C进行数据通讯（WINPCIN）或编写PLC程序时，使用RS232接口，如图2.7所示。
图2.7通讯接口RS232
3）编码器接口X3~X6
编码器接口X3，X4和X5为SUB-D15芯孔插座，仅限于SINUMERIK802Cbaseline。
编码器接口X6也是SUB-D15芯孔插座，在802Cbaseline中作为编码器4接口，X3~X6接口引脚分配均为相同，如表2.2所示。
表2.2编码器接口X3引脚分配（X4/X5/X6相同）
引脚
信号
说明
引脚
信号
说明
1
n.c.
9
M
电压输出
2
n.c.
10
Z
输入信号
3
n.c.
11
Z-N
输入信号
4
P5EXT
电压输出
12
B_N
输入信号
5
n.c.
13
B
输入信号
6
P5EXT
电压输出
14
A_N
输入信号
7
M
电压输出
15
A
输入信号
8
n.c.
4）驱动器接口X7
驱动器接口X7为SUB-D50芯插座，如表2.3所示；其中SE1.1/1.2~SE3.1/3.2指伺服轴X/Y/Z使能；SE4.1/4.2指伺服主轴使能。
表2.3驱动器接口X7引脚分配
引脚
信号
说明
引脚
信号
说明
引脚
信号
说明
1
AO1
18
n.c.
O
34
AGND1
2
AGND2
19
n.c.
O
35
AO2
3
AO3
20
n.c.
O
36
AGND3
4
AGND4
AO
21
n.c.
O
37
AO4
AO
5
n.c.
O
22
M
VO
38
n.c.
O
6
n.c.
O
23
M
VO
39
n.c.
O
7
n.c.
O
24
M
VO
40
n.c.
O
8
n.c.
O
25
M
VO
41
n.c.
O
9
n.c.
O
26
n.c.
O
42
n.c.
O
10
n.c.
O
27
n.c.
O
43
n.c.
O
11
n.c.
O
28
n.c.
O
44
n.c.
O
12
n.c.
O
29
n.c.
O
45
n.c.
O
13
n.c.
30
n.c.
46
n.c.
14
SE1.1
31
n.c.
47
SE1.2
15
SE2.1
32
n.c.
48
SE2.2
16
SE3.1
33
n.c.
49
SE3.2
17
SE4.1
K
50
SE4.2
5）手轮接口X10
通过手轮接口X10可以在外部连接两个手轮（本次设计中只安装手轮1），如下表2.4所示。
表2.4手轮接口X10
引脚
信号
说明
引脚
信号
说明
1
A1+
手轮1A相+
6
GND
地
2
A1-
手轮1A相-
7
A2+
手轮2A相+
3
B1+
手轮1B相+
8
A2-
手轮2A相-
4
B1-
手轮1B相-
9
B2+
手轮2B相+
5
P5V
+5VDC
10
B2-
手轮2B相-
6）高速输入接口X20
通过接线端子X20可以连接三个接近开关，本设计中只用于急停开关的设计，如表2.5所示。
表2.5高速输入接口X20
脚号
信号
说明
脚号
信号
说明
1
RDY1
使能2.1
6
HI-4
2
RDY2
使能2.2
7
HI-5
3
HI-1
X轴参考点脉冲
8
HI-6
4
HI-2
X轴参考点脉冲
9
N.C.
5
HI-3
X轴参考点脉冲
10
M
24V接地
7）数字输入/输出接口X100~X105，X200和X201
共有48个数字输入和16个数字输出接线端子。
车床数控系统中输入接口只需X100~X102,其引脚分配如表2.6,2.7所示。
表2.6数字输入接口X100~X105
引脚
序号
信号
说明
X100
地址
X101
地址
X102
地址
X103
地址
X105
地址
X106
地址
1
空
2
输入
I0.0
I1.0
I2.0
I3.0
I4.0
I5.0
3
输入
I0.1
I1.1
I2.1
I3.1
I4.1
I5.1
4
输入
I0.2
I1.2
I2.2
I3.2
I4.2
I5.2
5
输入
I0.3
I1.
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