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1、浙江机电职业技术学院电气工程系毕业设计说明书目 录第一章 诸论51.1 研究背景51.2 研究意义51.3 研究内容6第二章西门子802S数控车床简介62.1 MICROMASTER 420变频器介绍62.2 STEPDRIVE C步进驱动器72.3 西门子PLC介绍82.4 西门子802S数控机床操作面板8第三章 进给轴的控制93.1 步进电机在使用中的常见问题103.2选型计算11第四章 机床参数与步进驱动器设置144.1 机床参数的设定与调整144.1.1机床显示参数144.1.2 通道专用机床参数154.1.3设定参数164.1.4轴参数174.2 步进驱动器设置31第五章 PLC程序
2、设计345.1 PLC参数345.2 I/O配置365.3程序37第六章 结论38参考文献39致 谢39附件1 西门子802s数控车床互联图41附件2 PLC连接图42附件3 PLC程序清单43西门子802s数控车床的进给控制设计摘要数控系统的进给系统必须保证由数控装置发出的控制指令转换成速度符合要求的相应角位或直线位移，带动运动部件运动。为满足这种要求，需要高性能的伺服驱动电动机。在介绍伺服驱动的同时，对机床参数也有一顶的要求，因此在本说明书中也有相关的说明。良好的驱动还需要也高质量的机械结构与之匹配，为此文中对机械结构的选型与计算亦进行了介绍。通过对其机械与电气两个方面的介绍，使其能够满足
3、现代加工中高精度、高效率的目标而拥有更好的条件。关键词：机床参数、步进驱动器设置、机床PLC第一章 诸论1.1 研究背景随着机电一体化技术的迅猛发展，数控机床的应用已日趋普及。机械制造业正在越来越多的采用数控技术来改善其生产加工方式，社会对其响应技术人才的需求也越来越高。为此，数控技术的人才培养和教学，更应该强调应用性和先进性。且其以高效、高精度以及加工灵活可变的特点，在各行各业得到了越来越广泛的应用，并已经成为企业保证产品质量、提高生产效率的关键设备之一。由于数控技术不仅是一项理论性较强、更是一项涉及到机械、电气、液压、检测、计算机等多个学科的实用技术，它是由和各种技术相互交叉、渗透、有机结
4、合而成的一门综合性学科，具有很强的系统性和实用性。1.2 研究意义 近几十年来，随着科技的不断发展，在军事、民用工业对所需要加工的零件有了更高的要求。在军事业，其产品更新换代的速度比一般工业更快，而且需要更加高的精度、更能适应多种零部件的加工。在一般民用工业，人们需要一种可以完成多种零件加工，且成本较容易接受的组合机床或改装机床，以满足企业长远发展，且在一定时间内可以继续使用该机床，即该机床拥有一定的先进性等。SIEMENS802S数控车床为经济型数控机床。它可以满足多种零件的加工，也可以拥有较高的精度。在SIEMENS802S数控机床中，其精度的主要控制之一是进给轴的控制。经过几十年的研究，
5、不少专家已经拥有较好的控制方法，在经历无数次的实验后，其技术已经趋于成熟，但在进给轴控制系统选型、计算，机床参数、步进驱动器参数调节，PLC程序设计等，还留有一点点的不足，本课题的设计，就是为了更好的了解它们之间的关系，并对它们进行适当的处理，改进它们的不足之处，使它得更好的提高。1.3 研究内容第二章 西门子802S数控车床简介 2.1 MICROMASTER 420变频器介绍 MICROMASTER420变频器是用于控制三相交流电动机速度的系列产品, MICROMASTER 420 变频器是用于控制三相交流电动机速度的系列产品，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
6、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。开关频率可选的脉冲宽 度调制使电动机运行的噪声得以减少。全面的保护功能，为变频器和电动机提供了良好的保护.MICROMASTER 420 具有缺省的工厂设置参数，用于数量众多的简单电动机控制系统是十分理想的。在设置了MICROMASTER 420 的相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。MICROMASTER 420 既可用作单独的驱动系统主要特征：380V-480V10%，三相，交流，0.37KW-11KW模块化结构设计，具有最多的灵活性标准参数访问结构，操作方便控制功能:线性v/f控制,平方v
7、/f控制,可编程多点设定v/f控制；磁通电流控制（）可以改善动态相应时间；最新的技术，数字微处理器控制；数字量输入个，模拟量输入个，模拟量输出个，继电器输出个；集成通讯接口可选通讯模块evice-Net模块；具有个固定频率，个跳转频率，可编程捕捉再启动功能；在电源小时或故障是具有自动再启动功能；灵活的斜坡函数发生器，带有起始段和结束段的平滑特性；快速电流限制（）防止运行中不应有的跳闸；有直流制动和复合制动方式提高制动性能；采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接.保护功能：过载能力为150额定负载电流，持续时间60秒；过电压、欠电压保护；变频器过温保护；接地故障保护，短路保护；I2t电动机过热
8、保护；采用PTC通过数字端接入的电机过热保护；采用PIN编号实现参数连锁；闭锁电机保护，防止失速保护.2.2 STEPDRIVE C步进驱动器STEPDRIVE C为单轴的步进驱动器，用于五相步进电机。对 于STEPDRIVE C，驱动扭矩可达12Nm，它们可以并排安装(最小间距100mm)电源直 接接到驱动器的端子上无需内部及外部风扇。 STEPDRIVE C的技术规格：供电电压85VAC，+20%，-30% 单相 频率45HZ66HZ 功率损耗STEPDRIVE C: 80W/STEPDRIVE : 150W 相电流3.5A17A 直流母线电压120V 步数/ 每转每转1000 步 步距角
9、(o) 0.36/0.72 工作温度0C45C 步进电机 这些步进电机中驱动扭距为3.5Nm 的电机大小为90, 驱动扭距 为6Nm、9Nm、12Nm 的电机大小为110，驱动扭距为18Nm 和25Nm 的电机大小则为130，连接通过端子盒实现步进电机的技术规格 电机类型五相步进电机 电机电压120V 类型(根据DIN42950) IMB5 冷却自然风冷 轴端滑键 连接类型端子盒2.3 西门子PLC介绍德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO，S7-200，S7-30
10、0，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。1SIMATICS7-200PLCS7-200PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。2.4 西门子802S数控机床操作面板 第三章
11、 进给轴的控制带有数字调节的进给驱动系统都属于伺服系统。进给伺服系统不仅是数控机床的一个重要组成部分，也是数控机床区别于一般机床的一个特殊部分。数控机床对进给伺服系统的性能指标可归纳为：定位精度要高；跟踪指令信号的响应要快；系统的稳定性要好。1.稳定性进给伺服系统的稳定性和系统的惯性、刚度、阻尼以及系统增益都有关系。适当选择系统的机械参数（主要有阻尼、刚度、谐振频率和失动量等）和电器参数，并使它们达到最佳匹配，是进给伺服系统设计的目标之一2.精度常用的精度指标有定位精度、重复定位精度和轮廓跟随精度。精度用误差来表示，定位精度是指工作台由一点移动到另一点时，指令值与实际值移动距离的最大差值。重复
12、定位精度是指工作台进行一次循环动作后，回到初始位置的偏差值。轮廓跟随误差是指多坐联动时，实际运动轨迹与给定运动轨迹之间的最大偏差值。3快速响应特性 它直接影响机床的加工精度和生产率。系统的反应时间月快，则加工效率越高，轨迹跟随精度也越高。但响应速度过快会造成系统不稳定。因此要适当选择快速响应时间。 伺服系统是机电产品中的重要环节，它能提供最高水平的动态响应和扭矩密度，所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动，以便使系统性能达到一个全新的水平，包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。为了实现伺服电机的更好性能，就必须对伺服电机的一些使用特
13、点有所了解。步进电动机是将一种电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输入的角位移或线位移与输入的脉冲成正比，转速与脉冲成正比。因此步进电动机又称脉冲电动机3.1 步进电机在使用中的常见问题 1问题一：噪声，不稳定 客户在一些机械上使用伺服电机时，经常会发生噪声过大，电机带动负载运转不稳定等现象，出现此问题时，许多使用者的第一反应就是伺服电机质量不好，因为有时换成步进电机或是变频电机来拖动负载，噪声和不稳定现象却反而小很多。表面上看，确实是伺服电机的原故，但我们仔细分析伺服电机的工作原理后，会发现这种结论是完全错误的。 交流伺服系统包括：
14、伺服驱动、伺服电机和一个反馈传感器（一般伺服电机自带光学偏码器）。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行：驱动器从外部接收参数信息，然后将一定电流输送给电机，通过电机转换成扭矩带动负载，负载根据它自己的特性进行动作或加减速，传感器测量负载的位置，使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较，然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致，当负载突然变化引起速度变化时，偏码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器，驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化，并重新返回到设定的速度。交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统，负载波动和速度较正之间的时间滞后响应是非常快的，此时，真正限制了系统响应效果的是机械连接装置的传递时间。 2问题二： 惯性匹配 在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题！具体表现为：1在伺服系统选型时，除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机；2在调试时（手动模式下），正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前题，此点在要求高速高精度的系统上表现由为突出（台达伺服惯量比参数为1-37，JL/JM）。这样，就有了惯量匹配的问题！ （1）影响：传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响，惯量大，系统的机
