1 SINUMERIK 数控系统的基本原理.doc

数控系统的基本原理、组成与RS-SY-802CBL操作编程RS-SY-802CBL数控机床综合实验系统实验指导书实验一 数控系统的基本原理、组成与RS-SY-802CBL操作编程 一、实验目的：1、了解数控系统的特点、基本组成和应用。2、了解数控系统常用部件的原理及作用。3、熟悉数控系统综合实验台，了解数控系统综合实验台的连接和基本操作。4、了解数控系统的基本操作5、了解数控系统的基本编程 二、实验设备： 1、RS-SY-802CBL数控机床综合实验系统 三、实验必备知识：（一）数控系统的基本原理和组成数控技术是传统的机械制造技术、液压气动技术、传感检测技术、现代控制技术、计算机技术、信息处理技术、网络通讯技术的集成，是制造自动化的关键基础。数控系统一般由输入输出装置、数控装置（或数控单元）、主轴单元、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、测量装置组成如图1所示。进给驱动装置进给伺服单元操作面板PLC辅助装置输入/输出 设备数控装置电气回路主轴驱动装置主轴单元测量装置机床本体数控系统图1 数控系统的组成（1）输入输出装置输入输出装置主要用于零件加工程序的编制、存储、打印和显示或是机床的加工的信息的显示等。简单的输入输出装置只包括键盘和若干个数码管，较高级的系统一般配有CRT显示器和液晶显示器。一般的输入输出装置除了人机对话编程键盘和CRT显示器外，还有磁盘等。（2）数控装置数控装置是数控系统的核心，这一部分主要包括微处理器、存储器、外围逻辑电路及与数控系统其它组成部分联系的接口等。其原理是根据输入的数据段插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件（伺服单元、驱动装置和机床），加工出所需要的零件。因此，输入、轨迹插补、位置控制是数控装置的三个基本部分。（3）伺服单元和驱动装置伺服单元接受来自数控装置的进给指令，经变换和放大后通过驱动装置转变成机床工作台的位移和速度。因此伺服单元是数控装置和机床本体的联系环节，它把来自数控装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。根据接受指令的不同伺服单元有脉冲式和模拟式之分，而模拟式伺服单元按电源种类又分为直流伺服单元和交流伺服单元。驱动装置把放大的指令信号变成为机械运动，通过机械连接部件驱动机床工作台，使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出符合图纸要求的零件。与伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置。从某种意义上说，数控机床功能强弱主要取决于数控装置，性能的好坏主要取决于伺服驱动系统。（4）可编程控制器可编程控制器（PC，Programmable Controller）是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，专为在工业环境下应用而设计的。由于最初研究这种装置的目的，是为了解决生产设备的逻辑及开关量控制，故也称为可编程逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller）。当PLC用于控制机床顺序动作时，也可称为可编程逻辑机床控制器（PMC，Programmable Machine Controller）。PLC主要完成与逻辑运算有关的一些动作，没有轨迹上的具体要求，它接受数控装置的控制代码M（辅助功能）、S（主轴转速）、T（选刀、换刀）等顺序动作信息，对其进行译码，转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作，如工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等一些辅助动作；它还接受机床操作面板的指令，一方面直接控制机床动作，另一方面将指令送往数控装置用于加工过程的控制。（5）主轴驱动系统主轴驱动系统和进给伺服驱动系统有很大的差别，主轴驱动系统主要是旋转运动。现代数控机床对主轴驱动系统提出了更高的要求，这包括有很高的主轴转速和很宽的无级调速范围等，为满足上述要求，现在绝大多数数控机床均采用鼠笼式感应交流异步电动机配矢量变换变频调速的主轴驱动系统（6）测量装置测量装置也称反馈元件，通常安装在机床的工作台或丝杠上，它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给数控装置，与指令值比较产生误差信号以控制机床向消除该误差的方向移动。此外，由测量装置和数显环节构成数显装置，可以在线显示机床坐标值，可以大大提高工作效率和工件的加工精度。常见测量装置有光电编码器、光栅尺、旋转变压器等。按有无检测装置，CNC系统可分为开环与闭环数控系统，而按测量装置的安装位置又可分为闭环与半闭环数控系统。开环数控系统的控制精度取决于步进电机和丝杠的精度，闭环数控系统的精度取决于测量装置的精度。因此，测量装置是高性能数控机床的重要组成部分。图3所示为802CBL数控系统基本构成； 图4为802CBL数控系统接口图； 图3 802CBL数控系统基本构成X10手轮接口X1电源接口主轴编码器信号X20高速接口X200-X201开关量输出信号X3/X4/X5测量接口 接地螺钉急停开关F1保险丝X7驱动接口S1设定开关X2 RS232 通讯接口LED显示灯X100-X105开关量输入信号图4数控系统接口布局（7）PLC输入输出装置 802CBL采用西门子S7-200作为PLC输入输出装置，通过端口X100-X105可接48点PNP型开关量输入信号，通过端口X200-X201可接16点PNP型开关量输出信号，所有接口信号均展开到实验台上的开关量输入模块和开关量输出模块上，可以通过端子测量，也能通过单刀钮子开关进行模拟输入。（二）SINUMERIK 802CBL 操作编程1、 西门子SINUMERIK 802 SBL操作面板：NC键盘区（左侧） 软菜单键垂直菜单键加工显示报警应答键返回键选择/转换键菜单扩展键回车/输入键区域转换键上挡键光标向上键上档：向上翻页键光标向下键上档：向下翻页键光标向左键光标向右键删除键（退格键）空格键（插入键）数字键上挡键转换对应字符字母键上挡键转换对应字符机床操作面板区域（右侧）复位键主轴停键数控停止键快速运行叠加数控启动键X轴点动键用户定义键带LED灯Y轴点动键用户定义键不带LED灯Z轴点动键增量选择键轴进给正带LED灯点动键轴进给100%不带LED灯回参考点键轴进给负带LED灯自动方式键主轴进给正带LED灯单段运行键主轴进给100%不带LED灯手动运行键主轴进给负带LED灯主轴正转主轴反转屏幕划分图中元素缩略图含义（1）当前操作区域MA加工PA参数PR程序DI通讯DG诊断（2）程序状态STOP程序停止RUN程序运行RESET程序复位（3）运行方式JOG点动方式MDA手动输入，自动执行AUTO自动方式（4）状态显示SKP程序段跳跃，跳步的程序段在其段号之前用一斜线表示，这些程序段在程序运行时跳过不执行DRY空运行,轴在运行时将执行设定数据“空运行进给率”中规定的进给值ROV快速修调，修调开关对于快速进给也生效SBL单段运行M1程序停止PRT程序测试（无指令给驱动）1_1000 INC步进增量（5）操作信息（6）程序名（7）报警显示行在有在NC或PLC报警时才显示报警信息（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表明存在上一级菜单（10）扩展键出现此符号表明同级菜单中存在其他扩展菜单（11）软键（12）垂直菜单出现此符号时表明存在其他菜单功能（13）进给轴速度培率在此显示当前进给轴的速度倍率（14）齿轮级在此显示主轴当前的齿轮级（15）主轴速度倍率在此显示当前进给轴的速度倍率 数控编程指令表地址含义赋值说明编程D刀具刀补号0-9整数，不带符号用于某个刀具T的补偿值DF 进给率0.001-99999.999刀具/工件的进给速度，对应G94或G95，单位为毫米/分钟或毫米/转FGG功能（准备功能字）已事先规定G功能按G功能组划分GG0快速移动1:运动指令(插补方式)模态有效G0XYZG1直线插补G1XYZFG2顺时针圆弧插补G2XYIKF;圆心和终点G2XYCR=F;半径和终点G2AR=IJF;张角和圆心G2AR=XYF;张角和圆心G3逆时针圆弧插补G3;同G2G5中间点圆弧插补G5 XYZIX=JY=KZ=FG33恒螺距的螺纹切削SM;主轴转速G33 ZK;在Z向带补偿夹具攻丝G331不带补偿夹具切削内螺纹SPOS=;主轴处于位置调节状态G331 ZKS; 在Z向不带补偿夹具攻丝,右旋螺纹或左旋螺纹通过螺距的符号确定:+: 同M3 -: 同M4G332不带补偿夹具切削内螺纹退刀G331;同G331G4暂停时间2:特殊运行,非模态G4 F或G4 S;自身程序段G63带补偿夹具切削内螺纹G63 Z FSM G74回参考点G74 XYZ; 自身程序段G75回固定点G75 XYZ; 自身程序段G158可编程的偏置3:写存储器,非模态G158 XYZ; 自身程序段G258可编程的旋转G258 RPL;在G17到G19平面中旋转,自身程序段G259附加可编程旋转G259 RPL;在G17到G19平面中附加旋转,自身程序段G25主轴转速下限G25S; 自身程序段G26主轴转速上限G26S; 自身程序段G17X/Y平面6:平面选择,模态有效G17所在平面的垂直轴为刀具长度补偿轴G18Z/X平面G19Y/Z平面G40 刀尖半径补偿的取消7:刀尖半径补偿,摸态有效G41调用刀尖半径补偿，刀具在轮廓左侧移动G41调用刀尖半径补偿，刀具在轮廓右侧移动G500取消可设置零点偏置8: 可设定零点偏置,模态有效G54第一可设置零点偏置G55第二可设置零点偏置G56第三可设置零点偏置G57第四可设置零点偏置G53按程序段方式取消可设定零点偏置9:取消可设置零点偏置段方式G60准确定位10:定位性能模态有效G64连续路径方式G9准确定位，单程序段有效11:程序段方式准停段方式有效G601在G60，G9方式下准确定位，精12:准停窗口,模态有效G601在G60，G9方式下准确定位，粗G70英制尺寸13:英制/公制尺寸,模态有效G71公制尺寸G90绝对尺寸14:绝对尺寸/增量尺寸,模态有效G91增量尺寸G94进给率F，单位毫米/分15:进给/主轴,模态有效G95主轴进给率F，单位毫米/转G901在圆弧段进给补偿开16:进给补偿,模态有效G900进给补偿“关”G450圆弧过渡18:刀尖半径补偿时拐角特性,模态有效G451等距线的交点I插补参数0.00199999.999,螺纹:0.001200000.000X轴尺寸，在G2和G3中为圆中心坐标；在G33、G331和G332中表示螺距大小J插补参数0.00199999.999,螺纹:0.001200000.000Y轴尺寸，在G2和G3中为圆中心坐标；在G33、G331和G332中表示螺距大小K插补参数0.00199999.999,螺纹:0.001200000.000Y轴尺寸，在G2和G3中为圆中心坐标；在G33、G331和G332中表示螺距大小L子程序名及子程序调用7位十进制整数,无符号L。M辅助功能099整数,无符号用于进行开关操作M。M0程序停止用M0停止程序的执行：按“启动”键加工继续执行M1程序有条件停止与M0一样，但仅在“条件停止（M1）有效功能被软键或接口信号触发后才生效M2程序停止在程序的最后一段被写入M30M17M3主轴顺时针旋转M4主轴逆时针旋转M5主轴停M6更换刀具在机床数据有效时，用M6更换刀具M40自动变速齿轮级M4到M45齿轮级1到齿轮级5M70M其他的M功能这些M功能没有定义，可由机床生产厂家定义N副程序段主程序段0-99999999整数，无符号与程序段段号一起标识程序，N位于程序段开始P子程序调用次数1-9999整数，无符号在同一程序段中多次调用子程序R0到R249计算参数0.0000001-99999999R0到R99可以自由使用，R100到R249作为加工循环中传送参数计算功能除了+ - * /四则运算外还具有以下计算功能SIN()正弦单位度COS()余弦单位度TAN()正切单位度SQRT()平方根ABS()绝对值TRUNC()取整RET子程序结束代替M2使用，保证路径连续运行S主轴转速0.001-99999.999主轴转速单位是转/分T刀具号1-32000整数可以用T指令直接更换刀具X坐标号0.001-99999.999位移信息Y坐标号0.001-99999.999位移信息Z坐标号0.001-99999.999位移信息AR圆弧插补张角0.00001-99999.999CHF倒角0.001-99999.99在两个轮廓之间插入给定长度的倒角CR圆弧插补半径0.010-99999.99大于半圆的圆弧带负号“-”在G2/G3中确定圆弧GOTOB向后跳转指令与跳转标志符一起，表示跳转到所表标志的程序段，跳转方向向前GOTOF向前跳转指令与跳转标志符一起，表示跳转到所表标志的程序段，跳转方向向后IF跳转条件有条件跳转IX中间点坐标X轴尺寸，用于中间点圆弧插补G5JY中间点坐标Y轴尺寸，用于中间点圆弧插补G5KZ中间点坐标Z轴尺寸，用于中间点圆弧插补G5LCYC调用标准循环用一个独立的程序段调用标准循环，传送参数必须赋值LCYC82 钻削，端面鍃孔R101：退回平面（绝对）R102：安全平面R103：参考平面（绝对）R104：最后钻深R105：在此钻削深度停留时间LCYC83深孔钻削R101：退回平面（绝对）R102：安全平面R103：参考平面（绝对）R104：最后钻深R105：在此钻削深度停留时间R107：钻削进给率R108：首钻进给率R109：在起始点和排削时停留时间R110：首钻深度（绝对） R111：递减量R127：加工方式：断削=0退刀排削=1LCYC840带补偿夹具切削内螺纹R101：退回平面（绝对）R102：安全平面R103：参考平面（绝对）R104：最后钻深R106：螺纹导程值R126：攻丝时主轴旋转方向LCYC84不带补偿夹具切削内螺纹R101：退回平面（绝对）R102：安全平面R103：参考平面（绝对）R104：最后钻深R105：在螺纹终点处的停留时间R106：螺纹导程值R112：攻丝速度R113：退刀速度LCYC85 镗孔R101：退回平面（绝对）R102：安全平面R103：参考平面（绝对）R104：最后钻深R105：在此钻削深度停留时间R107：钻削进给率R108：退刀时进给率LCYC60线形孔排列R115：钻孔或攻丝循环号值R116：横坐标参考点R117：纵坐标参考点R118：第一孔到参考点的距离R119：孔数R120：平面中孔排列直线的角度R121：孔间距离LCYC61圆弧孔排列R115：钻孔或攻丝循环号值R116：圆弧圆心横坐标（绝对）R117：圆弧圆心纵坐标（绝对）R118：圆弧半径R119：孔数R120：起始角R121：角增量LCYC75铣凹槽和键槽R101：退回平面（绝对）R102：安全距离R103：参考平面（绝对）R104：凹槽深度R116：凹槽圆心横坐标R117：凹槽圆心纵坐标R118：凹槽长度R119：凹槽宽度R120：拐角半径R121：最大进刀深度R122：深度进刀进给率R123：表面加工的进给率R124：平面加工的精加工余量R125：深度加