SINUMERIK数控系统的基本原理

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。

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

图4数控系统接口布局

X3/X4/X5测量接口

X100-X105开关量输入信号

X20高速接口 X200-X201开关量输出信号

主轴编码器信号

X10手轮接口

X2 RS232 通讯接口

LED 显示灯

S1设定开关

X7驱动接口

F1保险丝

X1电源接口 急停开关

接地螺钉

（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