基于西门子802C数控系统开发数控车床实训台毕业设计.docx

1、基于西门子802C数控系统开发数控车床实训台毕业设计毕业设计说明书 基于西门子802C数控系统开发数控车床实训台毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（

2、论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位

3、论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的

4、能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中

5、及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单

6、位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良

7、 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日基于西门子802C数控系统开发数控车床实训台摘 要随着科学技术的不断进步设社会生产力的不断断发展，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的机械制造技术 ,这已成为当今机械制造技术发展的趋势。数控机床在制造业中的大量应用 ,使社会对能熟练掌握数控机床的操作 ,编程及维修的工程应用人才的需求量越来越大 。近年来各院校相应开出的数控专业 ,便从教育的层

8、面上反映出社会的这种需求。然而这也向我们提出了数控教学如何培养适应工程应用的数控人才的问题 。数控人才的培养离不开实践操作，而现今真正投入生产的数控设备价格一般都很昂贵，因此研究和开发一套用于经济适用的数控仿真实训台就变得很有必要。本设计是基于西门子公司的SINUMERIK 802C数控车床实训台开发设计，首先应了解和掌握了西门子802C数控系统的结构、工作原理、控制方式等知识后根据它配备伺服系统、主轴控制系统和辅助运动控制系统，通过查阅资料对车床实训台的硬件进行选择，了解各个模块的工作原理，并设计外部硬件线路，最终设计出能完成演示主轴控制、进给运动控制、辅助装置控制等功能，符合学校教学实际需

9、求的专用实验设备。不仅可作为数控车床电气故障的维修实训设备，也可作为数控车床的实际加工操作实训设备。该装置可以使学生掌握数控车床系统控制原理、电气设计方法、元器件的选择、车床电气安装及调试、故障诊断维修、零件程序编制及图形模拟加工过程等多项实验内容，达到工业生产现场实习效果。操作过程与实际生产接轨，而且经济实用，不仅解决了学员培训费用高的问题，而且更能体现仿真操作的真实性，使教学效果得到明显提高。关键词：数控系统，车床，伺服系统，控制Based on simens 802C CNC system development training sets CNC latheAbstract：With

10、the continuous progress of science and technology set ever-breaking development of social productive forces，advanced manufacturing technology is based on the numerical control technology at a faster rate gradually replaced the traditional mechanical manufacturing technology，which has become the tren

11、d of mechanical manufacturing technology developmentCNC machine tool used in manufacturing industry, enabling the community to skilled in CNC machine tool operation，programming and maintenance of engineering application talents demand is growingIn recent years the institutions appropriate to write N

12、C professional，from the level of education reflects this demand of the communityBut it also put forward to us how the teaching of numerical control training project on the application of numerical control talentsCNC talents training cannot be separated from practice，and today the real production of

13、CNC equipment prices are generally very expensive，so research and development of a system for economical numerical control imitating real training will become necessaryThis design is based on Siemens company of SINUMERIK 802C NC lathe real training Taiwan development design，first should has solution

14、s and master has Siemens 802C NC system of structure，and work principle, and control way, knowledge Hou under it equipped with servo system，and spindle control system and secondary movement control system，by inspection information on lathe real training Taiwan of hardware for select，understanding ea

15、ch module of work principle，and design external hardware line，eventually design out can completed demonstrates spindle control，and into to movement control，and secondary device control，function，meet school teaching actual demand of dedicated experimental deviceNot only can be used as electrical faul

16、ts of NC lathe repair training equipment，or as actual machining of numerical control lathe operation training devicesThe appliance can make students master the electrical design of NC lathe system control theory，methods，components selection，lathe of fault diagnosis of electrical installation and com

17、missioning，maintenance，programming and graphic simulation of machining process of parts and many other experimental content，reach industrial production practiceProcedure into line with actual production，and economical and practical，not only solve the problem of the high cost of training，but also to

18、reflect the authenticity of the simulation operation，for teaching to be improved significantlyKeyword：Nc system，Lathe，Servo system，Control 1 绪论11 机床的产生与发展1.1.1 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高要求。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机床、组合机床和自动生产线，从而保证了产品质量，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

19、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机床和自动生产线就很不合适。在市场经济的大潮中，产品竞争日趋激烈，为求得生存与发展，各企业纷纷在提高产品的技术档次、增加产品种类、缩短试制与生产周期和提高产品质量上下功夫，即使批量较大的产品，也不大可能多年不变，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空军的委托下，合作研制了世界上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

20、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、改造与提高，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，提及庞大而功能单一，但它采用了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发展。1.1.2 机床的发展最早采用数字控制技术进行机械几个的想法是在20世纪40年代初提出的。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，利用计算机对叶片轮廓的加工路径进行了数据

21、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字控制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

22、FS（Flexible Manufacturer System）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（MNC），然而后来也将MNC也成为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被认为是实现计算机集成制造系统CIMS的基础。数字控制系统的

23、许多优点使数控机床得到了广泛发展，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。12 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发展。其产量2001年为17521台，2002年24803台，

24、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，中国数控金切机床产量达到85756台，同比增长32.8%，增幅高于金切机床产量增幅18.4个百分点，进而使金切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

25、全部金属加工机床出口额增幅18.58个百分点。 2007年，中国数控金切机床产量达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

26、术及技术集成方面的能力也还比较低，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，中国数控系统产业就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，提高中国高档数控系统总

27、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，中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。13 本课题的研究背景及意义随着科学技术的不断进步设社会生产力的不断断发展，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的机械制造技术 ,这已成为当今机械制造技术发展的趋势。数控机床在制造业中的大量应用 ,使社会对能熟练掌握数控机床的操作 ,

28、编程及维修的工程应用人才的需求量越来越大 。近年来各院校相应开出的数控专业 ,便从教育的层面上反映出社会的这种需求。然而这也向我们提出了数控教学如何培养适应工程应用的数控人才的问题 。数控人才的培养离不开实践操作，而现今真正投入生产的数控设备价格一般都很昂贵，因此研究和开发一套用于经济适用的数控仿真实训台就变得很有必要。基于西门子802C数控系统开发的数控车床实训台不仅可作为数控车床电气故障的维修实训设备，也可作为数控车床的实际加工操作实训设备。该装置可以使学生掌握数控车床系统控制原理、电气设计方法、元器件的选择、车床电气安装及调试、故障诊断维修、零件程序编制及图形模拟加工过程等多项实验内容，

29、达到工业生产现场实习效果。该装置采用开放式结构、模块化设计，既可用于教学、也可用于课程设计、毕业设计和实训，有利于提高学生设计数控机床电气控制系统、诊断数控设备故障的能力，使受训对象最大限度地适应和满足市场需求。该装置也可以帮助科研技术人员进一步了解数控铣床结构，同时也为技术人员进行数控车床系统的二次开发提供了必要条件。操作过程与实际生产接轨，而且经济实用，不仅解决了学员培训费用高的问题，而且更能体现仿真操作的真实性，使教学效果得到明显提高。2 西门子802C数控系统的介绍21 西门子802C数控系统概述SINUMERIK 802C base line是在SINUMERIK 802C基础上新开

30、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，连接SIMODRIVE 611U或SIMODRIVE base line.当系统匹配SIMODRIVE 611U或SIMODRIVE base line时连接1FK7系统伺服电机。它主要由：CNC控制器、驱动器和电机、电缆这三大部分组成。它具有结构紧凑，高度集成于一体的数控单元，操作面板，机床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，优化了机床的使用西门子802C base line集成了所有的CNC、PLC、HMI、IO于一身可独立于其他部件进

31、行安装等优点。正如下图1-1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1-1 西门子公司数控系统产品结构22 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 N C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。SIEMENS 802C 数控系统的操作面板可分为三个区：LCD显示区、NC键盘区、机床控制面板（MCP）区。见图2-1。图2-1 802C操作面板2.2.2 NC键盘区 图2-2 NC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的画面，在此可以看到当前各轴的工作状态。2）返回键：返