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1、西门子802S数控车床的刀架控制设计摘 要数控刀架是数控机床的重要组成部分。本课题研究了西门子802S数控车床刀架控制设计。分析了数控机床的基本组成、刀架控制系统的硬件组成和刀架PLC程序及机床的有关参数。本文中所做的主要工作如下：测绘西门子802S数控车床的电气原理图、接线图。对刀架的结构进行了深入的了解，清楚刀架上的传感器信号的输入输出，分析刀架的动作过程、顺序调试刀架控制的PLC程序。绘制了刀架的机械结构图和控制电路图。 关键词：西门子802S系统；刀架控制；PLC The Design of Turret Control System for Siemens 802S of CNC M
2、achine Tools AbstractCNC turret CNC machine tools is an important part. The research of the Siemens 802S CNC lathe turret control design. Analysis of the basic components of NC machine tools, turret control system hardware and tool carrier PLC program and the machine parameters. In this paper, the m
3、ajor work done by the following: Survey and Mapping Siemens 802 S CNC lathes electrical schematics, wiring diagram. Holders of the structure of an in-depth understanding and clear turret on the sensor signals in the input-output analysis tool carrier moves the process, control the order of debugging
4、 Turret PLC program. Drawing the turret of mechanical and control structure of the circuit.Key words: SIEMENS 802S system; Turret Control; PLC 目录摘 要1第一章 绪论31.1课题的研究背景31.2课题的来源及意义41.3本课题的内容6第二章 西门子802S数控车床基本组成72.1 CNC系统72.2 主轴控制驱动系统92.3 进給控制驱动系统102.4 辅助装置122.5 输入输出PLC转接口132.6 机床本体13第三章 刀架控制系统硬件组成143.
5、1刀架的有关概况143.1.1刀架的产生143.1.2刀架的分类143.1.3刀架的几种典型结构143.2 四工位刀架的组成163.2.1四工位刀架的机械结构173.2.2四工位刀架控制电路的组成19第四章 刀架PLC程序及有关参数设置214.1 刀架的PLC程序214.2 有关参数设置29第五章结论30参考文献31致谢32 第一章 绪论1.1课题的研究背景数字程序控制机床一般简称为数控机床。它是由数控装置或计算机进行控制的一种高效能自动化机床，它综合应用了自动控制技术、计算机技术、精密测量技术、液压气动等技术。并在机床结构等方面运用了最新技术。随着科学技术的发展，机械产品的形状和结构不断改进
6、，对机械零件的加工质量要求也越来越高；单件、小批生产的机械产品所占比重越来越大，特别是在造船、航空、航天、深潜以及国防工业的各个部门，加工批量少、精度要求高、形状复杂的零件很多。像这样的产品，如果采用一般的自动机床或组合机床和自动线来加工，就显得很不经济、不合理，一般机床又不能加工。数控机床就是在这样的条件下产生和发展起来的，它能有效地适应产品不断变化、多品种、小批量的自动化生产。 数控机床就是把加工所需要的各种操作，例如变速、松夹工件、进刀、退刀、开车与停车、冷却液的自动供给等等，以及刀具相对于工件之间的位移。采用数值数据的形式通过计算机的运算，并将输入的指令变为机床的各种操作，实现零件的自
7、动加工。随着网络技术日益普遍运用，互联网进入车间只是时间问题，这将是数字化制造的主要标志。从另一角度来看，企业资源计划如果仅仅局限于业务管理部门(人、财、物、产、供、销)或设计开发等企业上层的信息化是远远不够的，车间最底层的加工设备数控机床不能够连成网络或信息化，就必然成为制造业信息化的制约瓶颈。所以，对于现代制造工厂来说，除了要提高机床的数控化率外，更要使所拥有的数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间的底层之间及底层与上层之间通信畅通无阻。西门子公司开发的新一代西门子（SINUMERIK）802S系统是一种专门为中国市场开发的经济型数控系统，具有低档的价格和中高档的性能的性
8、价比较高的数控系统。西门子802S数控系统采用32位微处理器，集成式PLC，分离式小尺寸操作面板和机床控制面板，具有RS232通讯接口，利用计算机可进行软件的升级和加工程序的传输；通过增加扩展模块，可具有输入，输出（I/O）64点能力，能接受多路信号和控制多路负载；可控制23个步进电机进给轴和一个伺服主轴（或变频器）；具有启动次数少，安装调试简捷，图形及中英文菜单显示，操作编程简单方便，低速运行平稳等特点，具有稳定的可靠性以及优越的性能价格比。此系统相比较同类产品是同类产品中的佼佼者，它也会对我以后在工作中遇到同类产品同类问题有很大的帮助。西门子802S数控系统为工程技术人员提供了丰富的二次开
9、发功能。机床制造厂家通过标准的S7语言进行PLC编程，来完成机床的逻辑控制。并通过参数的设置，就可以使机床运行达到最佳的效果，以及适应各种不同的配置的需要。西门子802S数控系统还有非常丰富的人机对话中文界面，用户所需要的操作可以在中文的菜单上找到，并按相应的按键以实现操作者的要求。802S丰富的中文界面可以使用户在几天之内就能掌握机床的操作，这样就可以节约了用户大量的学习和消化的时间。在操作编程的工作中，最为突出的是802S的所有报警文本均可以用中文来编写。在802S的编程指令系统中，除了具备新颖的参数编程和轮廓编程外，还具有实用的循环子程序，有了这些强有力的编辑功能，使西门子802S的编程
10、十分方便和灵活。1.2课题的来源及意义数控刀架是数控机床的重要组成部分，在我国被命名为机床附件，在国外被定义为机床功能件。随着数控机床的飞速发展，机床设计已由传统的统筹设计发展到模块化设计，即按照机床的功能化分模块，因此这些功能部件的性能已成为整机性能的决定因素。数控刀架作为数控车床的动作执行部件，其基本结构包括：驱动装置、分度装置、预定位装置、松开、锁紧装置、精定位装置、发信装置、装刀装置。数控刀架的换刀动作如下：系统发出指令齿盘松开刀架旋转分度到达目标工位并发信号给系统齿盘锁紧精定位系统确认后进行切削。数控刀架分类。目前，行业上应用的数控刀架按照与主机配套场合主要有分为如下高、中、低三个档
11、次。低档数控刀架主要有沈阳精诚数控生产的系列电动数控立式刀架，系列卧式刀架。该种刀架结构简单，容易设计、制造。采用三相力矩电机驱动，三联齿定位，矩形螺纹锁紧，配套在我国简易型数控车床，受我国数控机床发展的影响，是我国的特色产品，已经形成规模化生产。中档数控刀架主要有沈阳精诚数控生产的系列电动刀架、系列电动刀架、系列液压刀架。该档次刀架，可双向选刀，刚性好，但结构复杂，对制造加工设备要求高。此类刀架在我国初具规模，但国外产品对我国市场冲击较大。高档数控刀架包括伺服刀架和动力刀架。此类刀架，我国起步较晚，还处在研究阶段，但还没有形成商品化。数控刀架的发展。数控刀架作为功能性部件配套于机床主机，但它
12、集机械、电气于一体，是典型的机电一体化产品，数控刀架的研究开发是机械、电气、电子、材料等多学科知识的综合。当今，数控伺服刀架、动力刀架等功能部件己成为衡量数控机床水平的重要标志。它们的价格也是构成数控机床整机价格的主要成分，粗略计算数控机床数控刀架等功能部件价格已占整机成本构成的左右。目前，我国的功能部件生产发展缓慢，品种少，产业化程度低，不能满足市场要求，不得不依赖进口。由于功能部件进口价格昂贵，造成数控机床整机价格不断上升，我国生产的数控机床几乎失去了竞争优势。市场显示，同等水平的数控机床，韩国的价格几乎与我国的价格持平，出现这一现象与我们主机厂大量从国外采购数控机床所需的功能部件有很大关
13、系。我国机床工具行业的专家、学者、企业家都已看到了功能部件产业的巨大发展前景。许多企业也已瞄准了这个市场，通过引进技术、合作生产或自主开发，初步形成了一批功能部件专业生产厂家。当前国内高水平、高质量的数控机床和加工中心还不能完全满足国内市场需求，这和与之配套的高水平的功能部件发展滞后有关，有些功能部件性能上与国际著名厂家的产品还有一些差距。我国己加入世贸组织，境外功能部件产品对我国市场的冲击将更加厉害。可以说，没有高水平功能部件生产能力的大幅提高，将严重影响我国机床行业的快速发展。伺服刀架控制器是伺服刀架和动力刀架的技术核心。高档刀架采用伺服电机作驱动源，实现位置、速度的双闭环控制，具有结构简
14、单，容易加工制造、维护、精度高，转位快等特点。我国各大机床主机厂均依靠进口此类产品与主机配套。很明显，伺服刀架的机械结构简单，而我国目前还没有针对数控刀架的专业伺服驱动系统产品，这大大的制约了我国高档刀架发展，是我国的伺服刀架的研制处于停滞状态，因此，伺服刀架的控制器即伺服刀架的伺服电机控制是高档数控刀架的关键技术。刀库包括刀套旋转机构及换刀机械手，刀库外形为圆盘形，内部装有一个分度盘。刀库的回转运动由带抱闸的三相异步电机作动力源。三相电源通过交流接触器提供给电动机，此时抱闸打开，刀库运转，切断三相电源则抱闸闭锁，刀库立刻停止运转。通过分度盘的运动及相关检测元件组的逻辑组合，可使每个刀套准确停
15、在换刀位置。刀套停在换刀位置后，由气缸控制刀套处于水平或垂直状态，以方便机械手换刀。刀套分度台可以顺时针或逆时针方向旋转，从而可以在最短的时间内搜索到所要更换的刀具。刀库换刀机械手的运动同样是由带抱闸的三相异步电机作动力源，通过齿轮传动机构，把电机产生的匀速旋转运动转化为机械手的规律性前进、停止以及旋转运动。齿轮传动装置配有微动开关组。这个开关组包括3组微动凸轮和3个接近开关，每组微动凸轮上装有3个微动凸轮。该微动开关组用于控制机械手夹住刀具、机械手把刀具从主轴和刀套内取出、机械手处于原始位置等。该刀库的旋转刀套及机械手的减速传动机构内都内置了一个扭矩限制器，以防止内部机械结构损坏。通过这次的毕业设计，我将对西门子802S数控车床有个更深的认识，还有使自己各方面的能力都有所提高（自学能力、动手能力、语言表达能力、文字表达能力、解决实际问题的能力）。对西门子802S数控车床的认识，可以为我以后学习各类数控机床有个好的基础。同样刀架的PLC程序能应用和设计，再要应用和设计刀库的PLC程序就容易了。为今后从事本专业的工作运用打下基础，使自己能很快的融入社会。1.3本课题的内容（1）测绘西门子802S数控车床的电气原理图、接线图；在实验室里进行实物测绘，同时查阅其相关资料进行西门子802S数控车床的电气原理图、接线图的绘制。西门子802S数控系统有主轴、进给、ECU单元、冷却、润
