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7张CAD图纸、说明书全套 YC系列 基于SINUMERIK 808D的数控车床控制系统设计【7张CAD图纸、说明书全套】【YC系列】 基于 SINUMERIK 808 数控车床 控制系统 设计 CAD

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内容简介：

宁波大红鹰学院毕业设计（论文）任务书所在学院机电学院专业班级10机自（X）学生姓名刘凯学号指导教师徐正达题 目基于SINUMERIK 808D的数控车床控制系统设计一、毕业设计（论文）工作内容与基本要求：1、主要任务与目标（1）英文翻译：认真查阅10篇以上专业文献，其中外文资料不少于2篇，并翻译一篇中文字符2000字以上的外文文献。（2）毕业调研：完成文献综述、开题报告。（3）构建数控车床控制系统整体方案。（4）完成主要电气部件的选型，（5）电气控制原理图设计，控制流程图绘制；（6）编写设计说明书1万字以上。（7）完成毕业设计的其它工作（完成指导记录、资料上传网络设计平台、答辩PPT准备、资料装订整理）。其他要求：学生在进行设计过程中，应充分发挥自己独立思考和创作设计，培养和锻炼工程实际中的发现问题和解决问题的能力，反对盲从和抄袭行为。设计期间应完成以下工作：查阅相关文献资料，其中外文资料不少于两篇，外文翻译不低于2000字，英文翻译必须注明出处，并提供原版PDF文件；3、设计参数设计参数：（1）选用西门子SINUMERIK 808D系统（2）完成控制部分的设计。4、主要参考文献相关课程教材；1史国先.交直流调速系统M.北京：化学工业出版社，2002 2李恩光.机电伺服控制技术M.上海：东华大学出版社，2003 3黄尚先.显得机床数控技术M.北京：机械工业出版社,19964西门子S120伺服系统M .北京：西门子，20105西门子数控系统PLC控制M .北京：西门子，2010二、毕业论文进度计划序号各阶段工作内容起讫日期备注1熟悉课题，了解温度控制相关情况调研拿到毕业设计任务书起到9.15日2查阅国内外相关研究资料9.16 10.31外文资料不少于两篇，翻译不低于2000字，提供原版PDF3撰写文献综述11.1 11.74撰写开题报告11.8 11.215确定控制整体方案11.22 11.29必要时去相关企业调查学习6主要部件选型设计11.30 12.77控制原理图绘制12.8 12.158毕业论文初稿12.15 1.2112月30日中期检查9修改1.22 3.31对格式、文字以及错误处进行修改10毕业答辩准备4.14.30资料装订完善、上交11答辩58优秀毕业设计4月19日答辩三、专业（教研室）审批意见：审批人（签字）：摘 要科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出越来越高的要求。机械加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最重要措施之一。它不仅能够提高产品的质量，提高生产效率，降低生产成本，还能够大大改善工人的劳动条件。数字机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。本课题以西门子SINUMERIK 808D数控系统对数控车床进行电气系统与控制的设计和研究。论文介绍了SINUMERIK 808D系统的硬件组成、特点与相关应用；同时对数控车床整个控制电路进行设计，并用西门子Programming Tool软件进行了数控系统内部PLC开发、数控系统的相关参数设置，实现了PC机与数控系统之间的通信，进行了以SINUMERIK 808D车削版为控制器的数控车床电气控制的调试，包括系统的初始化、PLC程序的上传/下载、驱动器的调试、基本参数的设定、回机床参考点等。关键词：数控技术；SINUMERIK 808D车削版；控制电路ABSTRACTThe continuous development of science and technology and social production, put forward higher requirements on the quality of mechanical products and productivity. Automation of machining process is one of the most important measures to achieve the above requirements. It can not only improve product quality, improve production efficiency, reduce production costs, but also can greatly improve the working conditions of workers. Digital machine is in this context of the birth and development of.Design and research of this subject to Siemens SINUMERIK 808D NC system of NC lathe electrical systems and control. This paper introduces the SINUMERIK 808D system hardware composition, characteristics and the related application; as to the design of CNC lathe and the whole control circuit, and Siemens Programming Tool software to set the relevant parameters of CNC system within the PLC development, CNC system, realizes the communication between PC and CNC system, the SINUMERIK 808D turning version as the controller of CNC lathe electrical control debugging, including system initialization, PLC program download / upload, driver debugging, the basic parameter setting, back to the reference point of the machine.Keywords: numerical control technology; SINUMERIK 808D turning version; control circuit目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪 论11.1 课题研究的背景11.2 课题研究的意义21.2 西门子SINUMERIK 808D简介31.3 课题研究的内容3第二章 SINUMERIK 808D车削数控系统组成42.1 数控车床的传动系统总体结构42.2 SINUMERIK 808D数控单元介绍42.2.1 面板处理单元(PPU)42.2.2 操作面板(MCP)62.3 驱动单元介绍72.3.1 SINAMICS V60伺服驱动模块72.3.2 1FL5伺服电机72.3.3 西门子SINAMICS G120变频器7第三章 SINUMERIK 808D车削数控系统电气原理图设计93.1概述93.2主电路103.3控制电路113.3伺服电气图123.4 主轴电机电路133.5 PLC DI输入电路143.6 PLC D0输出电路153.7 本章小结16第四章 数控车床内置PLC控制系统设计174.1 Programming Tool PLC介绍174.2 数控车床系统PLC I/0分配和子程序库的调用184.2.1 I/0点分配184.2.2 MCP面板功能分配194.2.3 内部子程序库调用204.3 数控车床辅助装置PLC程序的设计254.4 本章小结26总 结27致 谢28参考文献29第一章 绪 论1.1 课题研究的背景科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出越来越高的要求。机械加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最重要措施之一。它不仅能够提高产品的质量，提高生产效率，降低生产成本，还能够大大改善工人的劳动条件。许多生产企业（例如汽车、拖拉机、家用电器等制造厂）已经采用了自动机床、组合机床和专用自动生产线。采用这种高度自动化和高效率的设备，尽管需要很大的初始投资以及较长的生产准备时间，但在大批大量的生产条件下，由于分摊在每一个工件上的费用很少，经济效益仍然非常显著的。但是，在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在10件100件）约占机械加工总量的80%以上。尤其是在造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防部门，其生产特点是加工批量小、改型频繁，零件的形状复杂而且精度要求高，采用专用化程度很高的自动化机床加工这类零件就显得和不合理，因为需要经常改装与调整设备，对于专用生产线来说，这种改装与调整甚至是不可能实现的。近年来，由于市场竞争日趋激烈，为在竞争中求得生存与发展，各生产企业不仅要提供高质量的产品，而且频繁地改型，缩短生产周期，以满足市场上不断变化的需要。因此，即使是大批量生产，也改变了产品长期一成不变的做法。频繁地开发新产品，使“刚性”的自动化设备在大批生产中也日益暴露其缺点。已经使用的各类仿型加工机床部分解决了小批量、复杂零件的加工。但在更换零件时，必须制造靠模和调整机床，不但要耗费大量的手工劳动，延长了生产准备周期，而且由于靠模误差的影响，加工零件的精度很难达到较高的要求。为解决上述这些问题，来满足多品种、小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的、通用的、能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床。数字机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它极其有效地解决了上述一系列矛盾，为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给冷却液等）和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁带）将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。数控机床与其它自动机床的一个显著区别在于当加工对象改变时，除了重新装夹工件和更换刀具之外，只需要更换一条新的穿孔纸带或磁带，不需要对机床作任何调整1。我国在研制与推广使用数控机床方面取得了一定成绩。近年来，由于引进了国外的数控系统与伺服系统的制造技术，是我国数控机床在品种、数量和质量方面得到了迅速发展。目前我国已有几十家机床厂能够生产不同类型的数控机床和加工中心机床。我国经济型数控车床的研究、生产和推广工作也取得了较大的进展，它必将对我国各行业的技术改造起到了积极的推广作用。目前，在数控技术领域中，我国和先进的工业国家之间还存在着不小的差距，但这种差距正在缩小。随着工厂、企业技术改造的深入开展，各行各业对数控机床的需要量将会大幅度的增长，这将有力地促进数控机床的发展。毫无疑问，数控机床必然会在我国四化建设中发挥越来越大的作用2。1.2 课题研究的意义数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展3。 我国数控车床从20世纪70年代初进入市场，至今通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取与国外著名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等措施，使得我国的机床制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例。目前，国产数控车床的品种、规格较为齐全，质量基本稳定可靠，已进入实用和全面发展阶段4。针对上述数控车床发展背景，作为一名机械工程及自动化专业的学生而言，对研究数控机床的控制系统是十分必要的。通过学生系统地对数控车床的控制系统进行集成设计，使学生能够综合利用大学四年所学的专业知识，完成数控车床的控制系统的集成设计，充分掌握数控车床控制系统的总体设计、数控系统的驱动单元设计、数控系统的电路设计、操作面板的设计以及PLC输出接口电路的设计以及其他标准件（电机、接触器、断路器等）的选型设计，为即将走向工作岗位奠定一个坚实的基础。进入社会后，为我国数控系统的研发做出贡献，使我国的数控技术进入世界先进之列。1.2 西门子SINUMERIK 808D简介西门子SINUMERIK 808D数控系统分为车削和铣削两个版本。SINUMERIK 808D车削符合现代普及型车床的所有要求高轮廓精度和高动态特性，确保了最高的机床生产效率，尤其是在进行大批量车削加工时表现尤为突出。特点是一个加工通道中最多4进给轴/ 主轴并且专为斜床身和平床身数控车床定制的系统软件。SINUMERIK 808D 铣削完美适用于现代普及型数控车床及立式加工中心。得益于 SINUMERIK MDynamics 车削工艺包的速度控制功能，SINUMERIK 808D 也适用于模具加工。因此在普及型数控车床应用方面，SINUMERIK 808D具有完美的性价比。1.3 课题研究的内容1）参考所有与西门子SINUMERIK 808D车削数控系统产品相关数据，了解整个数控系统的组成和被控制对象的电气组成。2）运用AUTOCAD软件完成数控车床的电气原理图，包括：系统主电路、三轴伺服电路、主轴变频电路、内置PLC I/O电路和控制电路。3）了解SINUMERIK 808D内置PLC自带子程序库，并且根据本课题的控制对象，选取适合的子程序。4）安装Programming Tool PLC工具，了解包括808D内部PLC程序的调用和程序设计。第二章 SINUMERIK 808D车削数控系统组成2.1 数控车床的传动系统总体结构如图2.1所示：这是机床传动系统的总体结构，图中主轴电机通过皮带轮1、2，将转矩传至齿轮轴，再通过齿轮的啮合作用，将转矩传递给主轴，从而实现主轴的转动。X方向：X伺服电机通过齿轮3、4将转矩传递至丝杠螺母副，通过丝杠螺母副将转矩转换成工作台的直线运动即X方向的往返直线运动。Z方向：Z伺服电机通过丝杠螺母副将电机的旋转运动转换成工作台的Z方向的往返直线运动。图2.1 数控车床传动系统图此次设计对象为数控车床控制系统，采用的是SINUMERIK 808D系统。其控制要求主要是针对主轴、X轴、Z轴而言2.2 SINUMERIK 808D数控单元介绍2.2.1 面板处理单元(PPU)面板处理单元（PPU）是整个数控系统的大脑，所有的控制指令都是由其发出，其集成了人机界面、内置PLC I/0接口、X/Y/Z主轴控制接口等，其结构图如图2.2所示。 图2.2 面板处理单元（PPU）接口分布图面板处理单元（PPU）接口布局如下表2.1所示：表2.1 面板处理单元（PPU）接口布局2.2.2 操作面板(MCP) MCP是专门为数控车床而配置的，它也是OPI上的一个节点，根据应用场合不同，其布局也不同， MCP的主要作用是完成数控车床的各类硬功能键的操作。其结构如下图2.3所示：图2.3 MCP操作面板上图所示的操作者键位根据车削布置。2.3 驱动单元介绍2.3.1 SINAMICS V60伺服驱动模块SINAMICS V60 CPM60.1 伺服驱动器特别设计用于标准机床应用中的进给轴的控制。此系统主要设计用于成本效率为首要考虑因素的应用。驱动器的主要性能数据针对 SINUMERIK 808D 进行了优化。其特点如下：（1）紧凑型单轴驱动模块，将整流单元、逆变单元和控制单元集成于一体。（2） 铝制压铸件散热片替代冷却风扇（3） 带涂层的电路板（4） 无需 PC工具进行调试和配置（5） 使用按键/7 段显示简单调试（6） 预配置电机数据储存在驱动器中（7） CE认证2.3.2 1FL5伺服电机1FL5伺服电机是西门子推出的紧凑永磁同步电机系列。借助各种选择、齿轮箱、编码器和丰富的电机型号，1FL5电机可以实现最佳配置，投入任何一个应用场合。同时它还可以满足新一代机器设备提出的更高要求。 1FL5伺服电机与V60驱动组合在一起，可以构成一个功能欠打的高效系统。电机集成的用于转速控制和位置控制的编码器系统有各种型号，可以根据应用场合加以选择。 电机设计用于不带外部风冷的运行方式，通过表面导出运行产生的损耗热量。1FL5伺服电机具有很高的过载能力。 1FL5电机，转矩6牛顿米，集成式带单极对旋转变压器，不带制动，光轴，转速3000转/每分钟1FL5电机，转矩8牛顿米，集成式带单极对旋转变压器，不带制动，光轴，转速3000转/每分钟。 2.3.3 西门子SINAMICS G120变频器 SINAMICS G120是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。本系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率120W到三相电源电压，额定功率11KW可供用户选用。本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。 SINAMICS G120具有缺省的工厂设置参数，它是给数量众多的简单的电动机控制统供电的理想变频驱动装置。由于SINAMICS G120具有全面而完善的控制功能，在设置相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。 SINAMICS G120既可用于单机驱动系统，也可集成到“自动化系统中”。其主要特点 ：（1） 易于安装。 （2） 易于调试。 （3） 牢固的EMC设计。 （4） 可由IT（中性点不接地）电源供电。 （5） 对控制信号的响应是快速和可重复的 （6） 参数设置的范围很广，确保它可对广泛的应用对象进行配置。 （7） 电缆连接简便。 （8） 采用模块化设计，配置菲常灵活。 （9） 脉宽调制的频率高，因而电动机运行的噪音低。 （10） 详细的变频器状态信息和信息集成功能。 （11） 有多种可选件供用户选用：用于与PC通讯的通讯模块，基本操作面板(BOP)，高级操作面板(AOP)，用于进行现场总线通讯的PROFIBUS通讯模块。第三章 SINUMERIK 808D车削数控系统电气原理图设计3.1概述 本数控车床是采用德国西门子SINUMERIK 808D系统控制的三轴机，SINUMERIK 808D将所有CNC、PLC、HMI和通讯任务集成于一个单一的部件。免维护的PC 硬件集成了PROFIBUS 接口用于驱动和I/O 模块并具有速装结构的超薄操作面板。作为驱动系统分配独立的接口，因而各轴驱动的功率独立配置。SIMATIC S7-200的指令集可直接适用于机床。系统不仅能够执行通常的SINUMERIK零件加工程序，而且可以使用非西门子的G代码。 SIEMENS 808D通过PROFIBUS联接到伺服驱动器，机床各部分信号通过I/O模块进出PPU。 采用主要元部件 a) SIEMENS 808D型CNC控制系统、三轴驱动电机。 b) 主轴采用1PH7交流主轴电机及相应的驱动装置，或变频主轴。 c) 全数控键盘（水平结构）。 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。 整个系统接线框图如下图3.1所示：图3.1 系统接线框图3.2主电路 数控车床主电路主要包括电源的进线，总开关，冷却、润滑、刀架、等辅助功能的电机连接，如果因伺服动力电不是380V，还需要动力变压器和控制变压器的变压电路。 由图3.2可以看到，该机床采用三相五线制供电，电网三相380V电L1，L2，L3经总开关QF输入至电气柜，给各支路供电，QF1带有分离脱扣，当打开控制柜时，行程开关SQ0常闭触点断开，QF断开，实现了机床关机。机床冷却、润滑及刀架电动机都配有过载保护开关QM，QM的作用相当于QF和FR的作用。FV为限压保护器件，起到在电动机频繁起停时起防干扰作用。 伺服供电是为X/Z两轴伺服驱动器供电。控制电源是为了供给整个数控系统PPU控制电源、PLCI/0输入输出供电和继电器供电。图3.2 主电路3.3控制电路 数控车床控制电气图主要完成数控系统上下电的控制，主电路接触器和电磁阀控制。如下图3.3所示如下图3.3所示，依靠PLC输出继电器KA2和KA3实现了尾座的前进和后退功能。依靠PLC输出继电器KA8和KA9实现了刀架电机正反转的控制。依靠PLC输出继电器KA4完成冷却电机的控制。依靠PLC输出继电器KA5完成润滑泵电机的控制。依靠PLC输出继电器KA6完成卡电磁阀的夹紧控制。依靠PLC输出继电器KA7完成卡盘电磁阀的松开控制。图3.3 控制电路 3.3伺服电气图 808D数控系统是通过输出模块X51、X53分别对X、Z轴伺服驱动器进行控制，通过脉冲的形式达到控制的要求。图3.4为系统X51、X53和V60伺服驱动器的接线图。图3.4 伺服电路如图3.4所示，X、Z轴伺服驱动器L1、L2、L3端口输入为三相220V交流电，通过空气开关QF控制其上电与否。V60伺服驱动器的控制端为X5和X6，按照对应的针脚和808D数控系统伺服控制端口进行正确的接线。伺服驱动器X8端口为伺服电机编码器接入端口。B+和B-接伺服电机制动器，U、V、W接伺服电机。3.4 主轴电机电路数控车床主轴电机通过变频器控制主轴的转速和主轴的正反转、为了能够精确的控制主轴的转速，这个我们用模拟量控制，通过旋转编码器组成一个闭环回路，其具体电路如图3.5所示图3.5 主轴电路如上图3.5所示，QF给变频器上电，变频器模拟量输入端口接808DPPU X54端口，编码器接数控系统PPU X60端口，其中编码器连线要用双绞屏蔽线，这样是为了防止干扰。3.5 PLC DI输入电路808D系统内集成电路PLC，每一个模块上有X100、X101、X102三个接口，每个接口有8个数字量输入点，一共24个数字量输入点。通过端子转换器连接到各输入元件上。图3.6为808D接口X100、X101、X102 I0.0I2.7输入信号电气图，输出接口功能在图中上方已经标明，维修时根据其功能来查找所对应的输入信号。例如如果机床无法停机，分析时首先依据电气图，找到急停按钮的分配输入点，输入点为I0.0，然后利用PLC I /O状态或梯形图查看PLC是否已经输入，或利用万用表检测常闭触点两个点是否导通。图3.6 PLC DI输入端口3.6 PLC D0输出电路808D系统内集成电路PLC，每一个模块上有X200、X201两个接口，每个接口有8个数字量输出点，一共16个数字量输出点。通过端子转换器连接到各接线端子和输出继电器上。图3.7为808D接口X200、X201 Q0.0Q1.7输出信号电气图，输出接口功能在图中上方已经标明，维修时根据其功能来查找所对应的输入信号。例如如果机床冷却功能故障，分析时首先依据电气图，找到冷却输出的地址为Q0.4，输出的继电器为KA4，然后利用PLC I/O状态或梯形图查看PLC是否已经输出，或利用万用表检测继电器KA4线圈是否已经闭合，触点是否已经接通。图3.7 内置PLC输出电路3.7 本章小结本章主要是对整个808D数控系统系统硬件电路进行设计，包括系统主电路、控制电路、伺服电机、主轴电机电路、内置PLC I/O输入、输出电机进行设计。通过本章的设计，让我们对整个系统系统硬件接线进行跟详细的了解。第四章 数控车床内置PLC控制系统设计4.1 Programming Tool PLC介绍 Programming Tool PLC是西门子808D系列不可缺少的编辑工具，是集编辑，通讯，调试，诊断为一体的软件，是西门子808D系列软件中主动脉。 Programming Tool PLC有如下特点。1能够应用于808D系统各种型号。2. 利用Windows的优越性，使操作性飞跃上升，能够将Excel, Word等成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用。3.程序的标准化(1) 标号编程用标号编程制作可编程控制器程序的话，就不需要认识软组件的号码而能够根据标示制作成标准程序。用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。(2) 功能块功能块是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易。此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输入错误。(3) 宏只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到文文件，然后输入简单的命令就能够读出登录过的回路模式，变更软组件就能够灵活利用了。4. 能够简单设定和其它站点的链接由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定。5. 可编程控制器CPU连接方式。(1) PS/2串行通讯口(2) USB(3) 以太网通信(4) CF卡通信(5) PROFIBUS总线通信(6) DRIVE CLiQ 总线通信6. 丰富的调试功能(1) 由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。(a) 没有必要再和可编程控制器连接。(b) 没有必要制作使用的顺序程序。(2) 在帮助中有CPU错误，特殊继电器/特殊寄存器的说明，所以对于在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下提供非常大的便利。(3) 资料制作中发生错误情况时，会显示是什么原因或是显示消息，所以数据制作的时间能够大幅度缩短。4.2 数控车床系统PLC I/0分配和子程序库的调用4.2.1 I/0点分配808D数控系统内置PLC主要是完成数控车床刀架进给、润滑、冷却、工作灯、冷却泵电机等辅助装置的控制。包括X、Z轴的超行程的限位，X、Z轴的机械原点和保护输入等，下表4.1位输入、输出点的分配。4.1 I/O点分配元件信号简称信号名称元件信号简称I0.0急停按钮常闭信号Q0.0工作灯I0.1X轴正向限位常闭信号Q0.2尾座前进I0.2X轴负向限位常闭信号Q0.3尾座后退I0.3常闭信号Q0.4冷却泵I0.4常闭信号Q0.5润滑泵I0.5Z轴正向限位常闭信号Q0.6卡盘夹紧I0.6Z轴负向限位常闭信号Q0.7卡盘松开I0.7X轴机械原点常开信号Q1.2刀架正转I1.0常开信号Q1.3刀架反转I1.1Z轴机械原点常开信号Q1.4齿轮换挡：低挡I1.2刀位检测信号T1常开信号Q1.4齿轮换挡：高档I1.3刀位检测信号T2常开信号I1.4刀位检测信号T3常开信号I1.5刀位检测信号T4常开信号I1.6刀位检测信号T5常开信号I1.7刀位检测信号T6常闭信号I2.0刀架电机过载常闭信号I2.3卡盘脚踏开关常开信号I2.4冷却液位过低常闭信号I2.5冷却电机过载保护常闭信号I2.6润滑液位过低常闭信号I2.7润滑电机过载保护常闭信号4.2.2 MCP面板功能分配MCP操作面板按键分配如下表4.2所示，分别完成数控车床的主要辅助功能。我们定义用户键1在PLC地址为M0.0，我们定义用户键2在PLC地址为M0.1，我们定义用户键3在PLC地址为M0.2，我们定义用户键4在PLC地址为M0.3，我们定义用户键5在PLC地址为M0.4，我们定义用户键6在PLC地址为M0.5。表4.2 MCP面板键位分布4.2.3 内部子程序库调用1、子程序 20 - AUX_MCP（机床辅助功能）作用：子程序 20 用于控制机床辅助功能，如工作灯、安全门（铣削）和排屑（铣削）。调用方式如下图4.1所示： 图4.1 调用子程序20其中ONE为SM0.0，PLC每次扫描都执行。2、 子程序 32 - PLC_INI（PLC 初始化）作用：子程序 32 执行于首个 PLC 循环（SM0.1 ）处。 该子程序根据由 PLC 机床数据定义的机床设置来设定 NCK 接口信号。 在该子程序中，设定下列接口信号： DB3200.DBX6.7： NCK 通道的进给倍率变得有效 DB380x.DBX1.5： 各轴的测量系统 1 生效 DB380x.DBX1.7： 各轴的进给倍率生效 DB1700.DBX1.3：ROV 生效 其调用方式如下图4.2所示：图4.2 调用子程序323、子程序 33 - EMG_STOP 作用：子程序 33处理急停。按下急停按钮产生急停报警并去能 SINAMICS V60 的65使能信号。如要清除急停报警，必须首先释放急停按钮并接着按下 MCP 上的复位键。其输入端、输出端信号如下表4.3所示：表4.3a 输入端 表4.3b 输出端其调用方式如下图4.3所示：图4.3 调用子程序334、子程序 37 - MCP_NCK（MCP和HMI信号处理）作用：子程序37的目的是将来自 MCP 和 HMI 接口信号送到 NCK 接口，以激活操作模式和控制序列。主要功能有： 选择具体的运行模式 选择倍率 HMI 信号送 NCK接口（如程序控制、手轮等） 根据 PLC机床数据对轴运行信号进行控制 其调用方式如下图4.4所示：图4.4 调用子程序375、子程序 39 - HANDWHL（根据 HMI 接口信号选择手轮） 作用：子程序 39 的目的是根据 HMI 的接口信号在机床坐标系或工件坐标系下选择两个手轮中的任意一个手轮来控制任意坐标轴（X 、Y和Z ）。使用MCP 上的手轮键及轴选择键可以选择将工件坐标下的 1 号手轮分配给任意坐标轴。 其调用方式如下图4.5所示：图4.5 调用子程序386、子程序 40 - AXIS_CTL （主轴和进给轴控制）作用：子程序 40 的目的是控制驱动器脉冲使能（DB380xDBX4001.7）、控制器使能（DB380xDBX2.1），监控硬限位和参考点碰块信号，并根据主轴命令（如 SPINDLE CW、SPINDLE CCW 、M03 、M04 、SPOS 等）控制主轴的使能信号。电机抱闸由 SINAMICS V60 驱动自动控制。控制方式：每一个进给轴可以配置一个硬限位开关（MD1451218 位 7 = 1 ）或两个硬限位开关（MD1451218 位 7 = 0 ） 该子程序根据硬限位开关的配置情况，通过NCK接口DB380xDBX1000.0或DB380xDBX1000.1激活NCK的硬限位功能，使NCK对超程坐标轴产生进给停止信号。 输入端输出端变量定义见下表4.4：4.4a 输入端4.4b 输出端 其调用方式如下图4.6所示：图4.6调用子程序407、 子程序 42 - SPINDLE （主轴控制）作用：子程序42用于主轴控制，包括主轴制动功能。当制动功能制动时，在手动模式下按下 逆时针转键或顺时针转键，再按下主轴停键，之后主轴就会制动。在自动模式下，当主轴改变旋转方向或下滑时，主轴就会制动。 当主轴制动时，相应的输出则会激活；同时，主轴不接受旋转命令，直至完成制动。其输入变量分配见下表4.5表4.5 输入端 其调用方式如下图4.7所示：图4.7 调用子程序424.3 数控车床辅助装置PLC程序的设计上文我们定义MCP控制面板用户键1工作灯在PLC地址为M0.0，我们定义用户键2手动冷却在PLC地址为M0.1，我们定义用户键3手动更换刀具PLC地址为M0.2，我们定义用户键4手动卡紧、放松键在PLC地址为M0.3，我们定义用户键5卡盘内外径选择5在PLC地址为M0.4，我们定义用户键6尾座控制在PLC地址为M0.5。用808D专用PLC开发工具Programming Tool PLC对应的控制程序，程序如下图4.8所示。图4.8 机床辅助设备程序4.4 本章小结本章重点介绍了PLC I/0点的分配，对数控车床需要调用的子程序进行详细的说明，最后完成辅助装置PLC控制程序的设计。总 结经过这次数控车床控制系统的设计，我完成了数控车床控制系统的总体设计；数控车床控制系统驱动单元的设计；数控系统的电路设计；操作面板的设计与PLC输出接口电路的设计；其他标准件（电机、接触器、断路器等）的选型设计等任务。经过这次设计，我充分了解了数控车床的控制系统内部结构以及各个部分的联系，并且理清控制系统的工作流程。稍有不足之处在于没有将控制系统的PLC程序编制出来. 在具体设计的过程中，我遇到了更大的困难。我不断地给自己提出新的问题，然后去论证、推翻，再接着提出新的问题。在这个循环往复的过程中，我这篇稚嫩的设计日臻完善。每一次改进我都收获良多，每一次修改后的成功我都能兴奋好长一段时间。虽然我的设计作品不是很成熟，即使借鉴前人的很多资料仍然还有很多不足之处，但我仍然心里有一种莫大的幸福感，因为我实实在在地走过了一个完整的设计所应该走的每一个过程，并且享受了每一个过程。致 谢 再次感谢我的导师XXX，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。感谢X老师，这片论文的每个步骤、每个进展，都离不开你的细心指导。而你开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很快的融入我的这次毕业设计。感谢我的室友们，无论遇到什么困难，你们都力所能及的帮助我，是你们让我有家的感觉，维系着寝室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。四年里，我们一同走过困难，一起享受快乐，可以说是泪水与快乐同行。我们在一起的日子，我会记一辈子的。 感谢我的爸爸妈妈，是你们让我有了今天，是你们让我有了学习的动力，是你们给了我一切，在以后我会用行动来报答你们。 我要感谢我的母校XXX，是母校给我们提供了优良的学习环境；另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。在此，我再说一次谢谢！谢谢大家！。参考文献 1 富大伟, 刘瑞素. 数控系统M. 北京: 化学工业出版社, 2005, 5-6.2 洪钟洲. 数控系统的发展现状和趋势J. 机电一体化，1996，04: 15-18.3 刘永生. 数控机床的分类与发展趋势J. 无线电通信技术，1998，05： 55-58.4 姜家吉, 周学才. 数控技术的发展趋势J. 深圳信息职业技术学院学报，2003，02： 37-40.5 周自强. 机床数控系统的发展趋势J. 丹东师专学报，1997，01: 42-43.6 王爱玲. 现代数控原理及控制系统M. 北京：国防工业出版社, 2002.7 王侃夫. 数控机床控制技术与系统M. 北京: 机械工业出社, 2002.8 刘胜. 现代伺服系统设计M. 北京：哈尔宾工程大学出版社，2001-2.9 李清新. 伺服系统与机床电器控制M. 北京：机械工业出版社，1994-2.10 方沂. 数控机床编程与操作M. 北京：国防工业出版社, 1999.11 孙竹. 数控机床编程与操作M. 北京: 机械工业出版社, 1997.3.12 阳含和. 机械控制工程M. 北京：机械工业出版社, 1986.13 白恩远. 现代数控机床伺服及检测技术M. 北京: 国防工业出版社, 2005.14 姚伯威. 机电一体化原理及其应用M. 北京: 国防工业出版社, 1999.15 郑盛新. 数控机床与编程M. 合肥: 工业大学出版社, 2005.16 SINUMERIK 808D_PLC 子程序库手册 西门子中国，2012.0517 SINUMERIK 808D_电气安装手册 西门子中国，2012.0529摘 要科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出越来越高的要求。机械加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最重要措施之一。它不仅能够提高产品的质量，提高生产效率，降低生产成本，还能够大大改善工人的劳动条件。数字机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。本课题以西门子SINUMERIK 808D数控系统对数控车床进行电气系统与控制的设计和研究。论文介绍了SINUMERIK 808D系统的硬件组成、特点与相关应用；同时对数控车床整个控制电路进行设计，并用西门子Programming Tool软件进行了数控系统内部PLC开发、数控系统的相关参数设置，实现了PC机与数控系统之间的通信，进行了以SINUMERIK 808D车削版为控制器的数控车床电气控制的调试，包括系统的初始化、PLC程序的上传/下载、驱动器的调试、基本参数的设定、回机床参考点等。关键词：数控技术；SINUMERIK 808D车削版；控制电路ABSTRACTThe continuous development of science and technology and social production, put forward higher requirements on the quality of mechanical products and productivity. Automation of machining process is one of the most important measures to achieve the above requirements. It can not only improve product quality, improve production efficiency, reduce production costs, but also can greatly improve the working conditions of workers. Digital machine is in this context of the birth and development of.Design and research of this subject to Siemens SINUMERIK 808D NC system of NC lathe electrical systems and control. This paper introduces the SINUMERIK 808D system hardware composition, characteristics and the related application; as to the design of CNC lathe and the whole control circuit, a