西门子802C数控车床的主轴设计
任务书-802C数控系统的连接与调试1
沈阳工程学院毕业设计任务书毕业设计题目：802C数控系统的连接与调试-伺服驱动和主轴驱动系别机械系班级数控102学生姓名于强学号 25指导教师王志成职称副教授、高工毕业设计(论文)进行地点：数控维修实验室任务下达时间： 2013年3月4日起止日期：2013年4月29日起——至2013年6月21日止教研室主任年月日批准1.设计的原始资料及依据（1）NNC-2C数控铣床综合实验系统（2）802C数控系统技术资料（3）配置同类数控系统机床的电原理图和电气使用说明书2.设计主要内容及要求以配置SINUMERIK 802C数控系统的数控铣床维修实验台为基础，进行数控系统的连接与调试。
主要包括机床强电回路、CNC与伺服驱动部分和主轴驱动部分的连接调试、PLC与机床电气部分的连接与调试。
3.毕业设计论文的格式按学院统一要求，具体应包括如下内容：①数控连接与调试的一般方法、原则；②数控系统连接原理分析；③绘制数控系统连接图，机床电气原理图等；④总结数控系统的连接与调试步骤与注意事项。
注：本人侧重数控系统与进给伺服驱动和主轴驱动部分的连接与调试。
4.课题完成后应提交设计论文，参加答辩。
5.时间进度安排6.主要参考资料（文献）不少于30篇。
第五章 PLC程序设计5.1、PLC参数设定802C数控系统参数设定以后，机床数据暂存在系统的RAM存储器当中，断电保存时间为50小时。
若没有将数据存储，机床数据会丢失，恢复成缺省设置状态，故在设置参数完成后，应按[数据存储]键，将机床数据保存至系统的ROM 当中。
以便数控系统在以后可以按存储数据方式启动，快速恢复机床参数设置。
1）用户键定义K1-K12为用户键，需在PLC程序定义后方能使用，在802C系统附带的PLC 程序里面，K1、K2、K3、K4、K5、K6已经被定义好。
具体见下表：每个用户键的左上方有一个指示灯，指示灯也被定义成系统的状态，具体见下表：2）参数14510的设定按[诊断]键，再按[机床数据]，按[普通数据]，进入PLC参数设置页面，按右扩展键，按[搜索]键，输入14510找到参数14510[0]，按下表设定参数，下表未列出的参数均按默认设定。
基与西门子C的数控车床系统设计说明书
基于西门子802C的数控车床控制系统设计摘要随着科学技术的不断进步社会生产力的不断发展，以数控技术为基础的先进制造技术正以较快的速度逐步取代传统的机械制造技术 ,这已成为当今机械制造技术发展的趋势。
数控机床在制造业中的大量应用 ,使社会对能熟练掌握数控机床的操作 ,编程及维修的工程应用人才的需求量越来越大。
近年来各院校相应开出的数控专业 ,便从教育的层面上反映出社会的这种需求。
然而这也向我们提出了数控教学如何培养适应工程应用的数控人才的问题。
本设计是基于西门子公司的SINUMERIK 802C数控车床控制系统设计，首先了解和掌握了西门子802C数控系统的结构、工作原理、控制方式等知识后根据它配备伺服系统、主轴控制系统和辅助运动控制系统，通过查阅资料对数控车床的硬件进行选择，了解各个模块的工作原理，并设计外部硬件线路，最终设计出能完成主轴控制、进给运动控制、辅助装置控制等功能。
通过对资料的查阅掌握西门子802C数控系统的置PLC的特点，设计自动回转刀架PLC控制的程序。
此外，对数控系统的一些主要参数进行设定。
关键词：西门子802C，伺服系统，主轴控制系统，电气原理图Based on Siemens 802C CNC system design CNC turninglathe control systemABSTRACTWith the continuous progress of science and technology set ever-breaking development of social productive forces，advanced manufacturing technology is based on the numerical control technology at a faster rate gradually replaced the traditional mechanical manufacturing technology，which has become the trend of mechanical manufacturing technology development．CNC machine tool used in manufacturing industry, enabling the community to skilled in CNC machine tool operation，programming and maintenance of engineering application talents demand is growing．In recent years the institutions appropriate to write NC professional，from the level of education reflects this demand of the community．But it also put forward to us how the teaching of numerical control training project on the application of numerical control talents．This design is SINUMERIK 802C CNC lathe control system based on Siemens company, first to understand and grasp the structure of Siemens 802C CNC system, working principle, control methods based on the knowledge that it is equipped with servo systems, control systems and auxiliary spindle motion control system, through access to information on the CNC lathe hardware choices, understand the working principles of the various modules and external hardware circuit design, to complete the final design of the spindle control, the feed motion control, auxiliary device control functions. Features access to information through the use of Siemens 802C CNC system's built-in PLC, the design of automatic rotary turret PLC control procedures. In addition, some of the main parameters of CNC system setting.KEY WORDS: Siemens 802C, Servo system, Spindle control system, Electrical circuit drawing目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1 概述 (1)1.1 数控机床的发展趋势 (1)1.1.1 数控机床的产生于发展 (1)1.1.2 数控机床的发展趋势 (1)1.2 数控机床的组成和工作原理 (3)1.2.1 数控机床的促成 (3)1.2.2 数控机床的工作原理 (4)1.3 数控车床的特点 (5)1.3.1 数控机床的结构特点 (5)1.3.2 数控机床的优点 (5)2 西门子802C数控系统的介绍 (7)2.1 西门子802C数控系统概述 (7)2.2 西门子802C数控系统的操作面板 (7)2.2.1 面板的划分 (7)2.2.2 NC键盘区 (8)2.2.3 MCP机床控制面板区域 (9)2.2.4 屏幕划分 (11)2.3 西门子802C数控系统的软件功能 (12)3 数控车床的硬件系统的选择与连接 (14)3.1 数控车床的硬件的选择 (14)3.1.1 数控车床进给系统伺服驱动器的选择 (14)3.1.2 数控车床主轴系统变频器的选择 (20)3.1.3 进给轴的伺服电机的选择 (23)3.1.4 主轴电机的选择 (24)3.2 西门子802C数控系统与各硬件之间的连接 (25)3.2.1 西门子802C数控系统的接口介绍 (25)3.2.2西门子802C系统的接线 (29)3.3自动回转刀架的设计 (33)4 西门子802C系统的数控车床的操作 (36)4.1 数控车床的上电过程 (36)4.2 数控车床的断电过程 (36)4.3 系统的相关参数的说明 (37)总结 (38)致 (39)参考文献 (40)附录 (41)附录I 802C数控系统的接线图 (41)附录II 自动回转刀架的换刀过程流程图 (42)附录III 自动回转刀架的梯形图程序 (43)1 概述1.1 数控机床的发展趋势1.1.1 数控机床的产生于发展科学技术的不断发展，人们对机械产品的质量和生产率也提出了越来越高的要求。
毕业设计(论文)-西门子802s数控车床的进给控制设计
目录第一章诸论 (3)1.1 研究背景 (3)1.2 研究意义 (3)1.3 研究内容 (3)第二章西门子802S数控车床简介 (4)2.1 MICROMASTER 420变频器介绍 (4)2.2 STEPDRIVE C步进驱动器 (5)2.3 西门子PLC介绍 (6)2.4 西门子802S数控机床操作面板 (6)第三章进给轴的控制 (7)3.1 步进电机在使用中的常见问题 (7)选型计算 (9)第四章机床参数与步进驱动器设置 (12)4.1 机床参数的设定与调整 (12)机床显示参数 (12)4.1.2 通道专用机床参数 (13)设定参数 (14)轴参数 (15)4.2 步进驱动器设置 (29)第五章 PLC程序设计 (32)5.1 PLC参数 (32)5.2 I/O配置 (33)程序 (35)第六章结论 (35)参考文献 (36)致谢 (37)附件1 西门子802s数控车床互联图 (38)附件2 PLC连接图 (39)附件3 PLC程序清单 (40)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。
基于SINUMERIK802C数控车床毕业设计
一、课题名称：基于SINUMERIK802C数控车床的设计二、主要技术指标：1、在参考点模式下，主轴、进给轴能返回参考点，显示参考点标志；2、在手动方式下，主轴能正反转及停止，进给轴能够正常进给；3、在MDA和自动模式下，主轴和进给轴能够正常工作；4、刀架在手动、MDA、自动模式下能够正常工作；三、工作内容和要求：本设计主要是利用SINUMERIK802C系统，组装一台数控车床，包括数控系统模块、主轴控制模块、伺服驱动模块、电源模块、十字滑台模块、电动刀架模块、冷却系统模块等，具体工作模块包括：1、电气原理图的设计；2、数控系统参数的设置；3、变频器、伺服驱动器等参数的设置；4、PLC程序的编写；四、主要参考文献：1、夏燕兰主编.数控机床电气控制［M］.北京：机械工业出版社，20062、SINUMERIK802C/S简明安装调试手册3、SINUMERIK802C/S诊断说明手册4、SINUMERIK802C/S子程序库应用指南手册毕业设计（论文）开题报告基于SINUMERIK802C 数控车床的设计目录摘要 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 ABSTRACT --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2前言 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3第一章系统的总体构成 ----------------------------------------------------------------------------------------- 41.1、系统组成 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 41.2、数控机床控制结构 ------------------------------------------------------------------------------------------ 41.3、系统、模块功能描述 --------------------------------------------------------------------------------------- 5第二章十字滑台的设计以及装配 ---------------------------------------------------------------------------- 62.1、安装底座平板 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 62.2、安装Z向部件 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 72.3、安装X向部件 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 82.4、安装限位开关钣金支架和电机--------------------------------------------------------------------------- 9第三章 SINUMERIK802C系统接口与应用------------------------------------------------------------------- 103.1、802C区块介绍 --------------------------------------------------------------------------------------------- 103.2、802C系统背面接口布局--------------------------------------------------------------------------------- 143.3、802C菜单 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 203.4、参数设置 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 203.5、数据备份（西门子口令：EVENING）---------------------------------------------------------------- 24第四章外围电路的设计及应用 ------------------------------------------------------------------------------- 254.1．变频器的功能、连接与调试---------------------------------------------------------------------------- 254.2伺服器的功能、连接与调试------------------------------------------------------------------------------ 294.3．冷却系统 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 344.4．电动刀架 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 344.5．急停开关、限位开关、参考点------------------------------------------------------------------------- 35第五章PLC程序设计 -------------------------------------------------------------------- 错误！未定义书签。
西门子802D系统数控机床模拟主轴控制与调试
２０１９年第１期Ｎｏ．１ ２０１９ＪＯＵＲＮＡＬＯＦ ＡＮＨＵＩ ＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬ ＣＯＬＬＥＧＥ ＯＦ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＆ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ安徽电子信息职业技术学院学报第１８卷（总第１００期）Ｇｅｎｅｒａｌ Ｎｏ．１００ Ｖｏｌ．１８摘 要:主要研究了西门子802D 系统数控机床电气连接与模拟量主轴的PLC 编程。
从机床操作面板信号、主轴正反转方向信号及伺服使能信号三个方面着手，以西门子主轴控制子程序为基础，系统地介绍了PLC 程序编制。
经过主轴参数设置、程序调试，实现了主轴控制功能。
关键词：西门子802D 数控机床 模拟主轴 PLC 程序 中图分类号：TG519.1 文献标识码：BSimulated Spindle Control and Debugging of Siemens 802D CNC Machine ToolLei Nannan西门子８０２Ｄ系统数控机床模拟主轴控制与调试雷楠南（三门峡职业技术学院 , 河南 三门峡 472000 ）[文章编号] １６７１－８０２Ｘ（２０１９）０１－０００４－０６模拟或数字主轴；如图１所示为配置３个伺服进给轴、１个模拟量主轴时的电气连接图［４］１８－１９。
图1 西门子802D 系统电气连接图模拟量主轴控制时，通常需选配ＭＣＰＡ 模块。
ＭＣＰＡ模块上的Ｘ１、Ｘ２接口用于连接机床操作面板；Ｘ１０２１接口连接２４Ｖ直流稳压电源；Ｘ７０１ 接口的Ｘ７０１．１、Ｘ７０１．６连接变频器的模拟量输入端，用于产生模拟量给定信号；Ｘ７０１．５、Ｘ７０１．９用于主轴使能控制；Ｘ７０１．４、Ｘ７０１．３连接至Ｉ／Ｏ模块用于主轴正、反转方向控制。
主轴转速的检测是通过安装西门子ＴＴＬ增量编码器，通过ＳＭ３０连接到系统的 ＤｒｉｖｅＣＬｉＱ 接口。
若选配西门子１Ｖｐｐ Ｓｉｎ／Ｃｏｓ增量编码器，则通过ＳＭ２０连接到系统的 ＤｒｉｖｅＣＬｉＱ 接口［５］。
基与西门子802C的数控车床系统设计--说明书
基与西门子802C的数控车床系统设计--说明书基于西门子802C的数控车床控制系统设计摘要随着科学技术的不断进步社会生产力的不断发展，以数控技术为基础的先进制造技术正以较快的速度逐步取代传统的机械制造技术,这已成为当今机械制造技术发展的趋势。
数控机床在制造业中的大量应用,使社会对能熟练掌握数控机床的操作,编程及维修的工程应用人才的需求量越来越大。
近年来各院校相应开出的数控专业,便从教育的层面上反映出社会的这种需求。
然而这也向我们提出了数控教学如何培养适应工程应用的数控人才的问题。
本设计是基于西门子公司的SINUMERIK 802C数控车床控制系统设计，首先了解和掌握了西门子802C数控系统的结构、工作原理、控制方式等知识后根据它配备伺服系统、主轴控制系统和辅助运动控制系统，通过查阅资料对数控车床的硬件进行选择，了解各个模块的工作原理，并设计外部硬件线路，最终设计出能完成主轴控制、进给运动控制、辅助装置控制等功能。
通过对资料的查阅掌握西门子802C数控系统的内置PLC 的特点，设计自动回转刀架PLC控制的程序。
此外，对数控系统的一些主要参数进行设定。
关键词：西门子802C，伺服系统，主轴控制系统，电气原理图Based on Siemens 802C CNC system design CNC turninglathe control systemABSTRACTWith the continuous progress of science and technology set ever-breaking development of social productive forces，advanced manufacturing technology is based on the numerical control technology at a faster rate gradually replaced the traditional mechanical manufacturing technology，which has become the trend of mechanical manufacturing technology development．CNC machine tool used in manufacturing industry, enabling the community to skilled in CNC machine tool operation，programming and maintenance of engineering application talents demand is growing．In recent years the institutions appropriate to write NC professional，from the level of education reflects this demand of the community．But it also put forward to us how the teaching of numerical control training project on the application of numerical control talents．This design is SINUMERIK 802C CNC lathe control system based on Siemens company, first to understand and grasp the structure of Siemens 802C CNC system, working principle, control methods based on the knowledge that it is equipped with servo systems, control systems and auxiliary spindle motion control system, through access to information on the CNC lathe hardware choices, understand the working principles of the various modules and external hardware circuit design, to complete the final design of the spindle control, the feed motion control, auxiliary device control functions. Features access to information through the use of Siemens 802C CNC system's built-in PLC, the design of automatic rotary turret PLC control procedures. In addition, some of the main parameters of CNC system setting.KEY WORDS: Siemens 802C, Servo system, Spindle control system, Electrical circuit drawing目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1 概述 (1)1.1 数控机床的发展趋势 (1)1.1.1 数控机床的产生于发展 (1)1.1.2 数控机床的发展趋势 (1)1.2 数控机床的组成和工作原理 (3)1.2.1 数控机床的促成 (3)1.2.2 数控机床的工作原理 (4)1.3 数控车床的特点 (5)1.3.1 数控机床的结构特点 (5)1.3.2 数控机床的优点 (5)2 西门子802C数控系统的介绍 (7)2.1 西门子802C数控系统概述 (7)2.2 西门子802C数控系统的操作面板 (8)2.2.1 面板的划分 (8)2.2.2 NC键盘区 (9)2.2.3 MCP机床控制面板区域 (10)2.2.4 屏幕划分 (11)2.3 西门子802C数控系统的软件功能 (13)3 数控车床的硬件系统的选择与连接 (15)3.1 数控车床的硬件的选择 (15)3.1.1 数控车床进给系统伺服驱动器的选择 (15)3.1.2 数控车床主轴系统变频器的选择 (21)3.1.3 进给轴的伺服电机的选择 (24)3.1.4 主轴电机的选择 (25)3.2 西门子802C数控系统与各硬件之间的连接 (27)3.2.1 西门子802C数控系统的接口介绍 (27)3.2.2西门子802C系统的接线 (32)3.3自动回转刀架的设计 (39)4 西门子802C系统的数控车床的操作 (41)4.1 数控车床的上电过程 (41)4.2 数控车床的断电过程 (42)4.3 系统的相关参数的说明 (42)总结 (46)致谢 (46)参考文献 (47)附录 (49)附录I 802C数控系统的接线图 (49)附录II 自动回转刀架的换刀过程流程图 (50)附录III 自动回转刀架的梯形图程序 (51)1 概述1.1 数控机床的发展趋势1.1.1 数控机床的产生于发展科学技术的不断发展，人们对机械产品的质量和生产率也提出了越来越高的要求。
第7单元西门子802C主轴电气系统设计
第7单元西门子802C主轴电气系统7.1 主轴线路连接7.1.1 学习目的①了解各种电机调速的优缺点；②理解主轴控制的基本要求；③掌握802C系统主轴电气系统的接线；④掌握802C系统变频器的接线。
7.1.2 案例分析根据图纸连接802C数控机床的主轴电气系统部分。
7.1.2.1 分析从主轴系统的各个部件进行分析：①三相电源通过3相变压器和空气开关QM2接入变频器的R、S、T端。
②SINUMERIK 802C base line系统接口X7的引脚4（AGND4）与变频器的5G端相连，引脚37（AO4）与变频器的V1端相连。
③电流继电器KA7、KA8的常开触点分别将变频器的FX、RX端与CM端相连。
KA7控制主轴正转，KA8控制主轴反转。
④变频器U、V、W端分别与主轴电机的三相相连。
7.1.2.2 操作过程①认识802C数控机床主轴电气系统的各个部件；②连接3相变压器、空气开关及变频器；③连接SINUMERIK 802C base line系统接口X7的引脚与变频器；④连接变频器与主轴电机；⑤根据相关图纸连接与变频器相关的各个开关信号；⑥检查线路；⑦上电试验。
7.1.2.3 操作要点及注意事项①系统必须接地才能通电，否则可能导致硬件损坏；②三相电源输入接入变频器的R、S、T端，不需要安排相的次序。
如果将三相电源连接到了输出端子(U，V，W)，变频器的内部将会损坏；③驱动器接口X7的引脚37和引脚4与变频器端子严格对应，不可接错；④空气开关QM2常开触点接入数字输入接口X104的引脚3，以防变频器供电过载；⑤电机应该连接到端子U，V，W 。
如果正转开关(FX)处于on，从电机负载的方向看，电机应该按顺时针方向转动。
如果电机处于反转状态，应该转换U 和V端子的接线；⑥当变频器前面的盖子打开时，不要运行变频器。
当输入电源接通时，严格禁止打开前端的盖子。
否则会导致电击。
7.1.3 训练任务连接主轴线路，包括Z轴制动器。
西门子802S变频主轴设计与调试开题报告
第五周
完成整机调试（包括单元调试、联机、系统参数设置等）
第六周
试加工运行，检验机床精度及性能
第七周
设计论文整理
第八周
答辩
4、采用的研究手段途径
(1)做其相关实验
(2)指导老师耐心讲解
(3)借相关书籍阅读
(4)上网查资料
指导教师意见：
指导教师：
年月日
院系意见：
盖章
毕业设计开题报告
课题名称:西门子802S变频主轴设计与调试
系别
专业
班级
姓名
学号
指导教师
浙江机电职业技术学院毕业设计开题报告
毕业设计课题：西门子802S变频主轴设计与调试
一、本课题的研究现状与意义
20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。
二、本课题的基本内容、重点和难点，拟采用的研究手段（途径），工作进度安排，参考文献等。
1、设计内容
(1)分析西门802S数控系统的各组成部分及之间联接。
(2)完成西门子802S数控系统的电气原理图绘制。
(3)选择合适的变频器并进行参数设置。
(4)完成控制电路的设计。
(5)进行主轴参数调试。
(6)根据PLC控制系统，设计主轴PLC程序。
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职业技术学院学生课程设计报告课程名称：数控技术专业班级：机械设计制造及其自动化082 姓名：贾雨农学号：8080514224学期：2011-2012学年第一学期目录前言 (3)一、课程设计目的 (4)二、数控车床主轴电气系统设计 (4)三、西门子802C数控车床的主轴设计 (4)3.1 西门子802C数控车床系统 (4)3.1.1 西门子802C的系统 (4)3.1.2 人机界面 (5)3.1.3 步进进给系统 (6)3.1.4 主轴驱动系统 (6)3.1.5 刀架控制系统 (7)3.2西门子802C数控车床主轴的设计 (10)3.2.1 设计方案 (10)3.3 PLC程序设计 (14)3.3.1 PLC控制流程图 (14)3.3.2 PLC的I/O分配 (14)3.4 主轴换档及参数设置 (16)四、结论 (18)五、参考文献 (19)六、附录1 (20)1 主轴控制程序 (20)2 换档程序 (24)摘要主轴运行的是否平稳直接影响数控车床加工的精度。
通过对西门子802C数控车床主轴的研究、分析，从而掌握数控应用系统设计的一般方法。
主轴控制系统由西门子802C数控系统、变频器和主轴电机组成，通过PLC控制主轴的正反转、CNC控制主轴的转速。
关键词：数控车床主轴西门子802CDesigning Spindle Control System for a Siemens 802C CNC Lathe Abstract Whether or not the smooth running of the spindle directly affects the accuracy of CNC lathe. To grasp the general design method of CNC application system, the Spindle control system of Siemens CNC Lathe was researched and analyzed, which had Siemens 802C CNC system, inverter and the spindle motor, where PLC controlling the direction, and CNC controlling the speed.Keywords: CNC Lathe；Spindle；Siemens 802C system前言数控技术是先进制造业技术的基础，在机械及相关行业的应用已呈普及的趋势。
作为数控加工的主体设备，数控机床是一种机电一体化的高新技术产品，目前已成为金属加工的主体企业的必要装备。
随着数控技术在我国的普及和发展，迫切需要培养大量高素质、能力强的数控技术人才，以加强对学生能力素质的培养。
本次设计的课题是“西门子802C数控车床主轴的设计”，主轴在车床中有这很重要的地位，主轴的好坏直接影响到在加工时的精度。
802C数控车床主轴是用PLC对变频器的控制来改变电机的速度，来带动主轴的运行。
一、课程设计目的①了解各种电机调速的优缺点；②理解主轴控制的基本要求；③掌握802C系统主轴电气系统的接线；④掌握802C系统变频器的接线。
二、数控车床主轴电气系统设计设计基于SINUMERIK 802C系统的数控车床主轴单元。
主轴电机采用通用变频器驱动，采用分段无级变速控制，变速箱为2档，采用电磁离合器自动换挡；为实现螺纹加工，在主轴上安装主轴编码器。
要求：根据SINUMERIK 802C数控系统及变频器的接口功能及接线原理，设计主轴驱动与控制部分的电气原理图、主轴换挡控制程序。
三、西门子802C数控车床的主轴设计3.1 西门子802C数控车床系统西门子802C数控车床系统由西门子802C数控系统、步进进给系统、主轴驱动系统、刀架等组成。
3.1.1 西门子802C的系统SINUMERIK 802数控系统是西门子公司开发的数控系统，用于数控车床、数控铣床、加工中心、数控磨床等。
该系统分为802S、802C、802D三种类型，其中SINUMERl 802S 采用步进电动机驱动系统，同时具备一个±10V模拟接口用于连接主轴驱动；SINUMERl 802C采用模拟伺服驱动系统，采用标准的±10V模拟接口，可直接带动模拟驱动；SINUMERl 802D采用数字进给驱动电动机和数字主轴电动机，最多可控制4个数字进给轴和一个主轴。
SIEMENS 802S配OP020独立操作面板与MCP机床操作面板，显示器为7in或5.7in单色液晶显示。
集成内置式PLC最大可以控制64点输入与64点输出，PLC的I/O模块与ECU间通过总线连接；系统体积小，结构紧凑，性能价格比高。
数控系统与外部模块的连接，见图1。
图1 系统结构图3.1.2 人机界面数控系统的人机界面由显示器、操作面板、机床控制面板组成，见图2。
图2系统操作面板编程和机床控制动作的按键以及8英寸LCD显示器，同时还提供12个带有LED 的用户自定义键。
工作方式选择(6 种)，进给速度修调，主轴速度修调，数控启动与数控停止，系统复位均采用按键形式进行操作。
3.1.3 步进进给系统步进进给系统采用的是（STEPDRIVE C），是单轴型控制器，控制五相步进电机。
步进电机的步距角为0.36度。
驱动接口采用25芯D型插座。
每个驱动器接受三个信号，一个为脉冲信号，一个为方向信号，一个为使能信号。
发出的脉冲控制电机运行，每个上升沿使电机向前走一步，脉冲数决定电机转角，脉冲频率决定电机的转速。
3.1.4 主轴驱动系统主轴驱动系统采用的是SIEMENS 611U，是目前SIEMENS常用的交流数字式伺服驱动系统，其基本结构与611A相似，采用模块化安装方式，主轴与各伺服驱动单元共用电源。
用于进给驱动的伺服驱动模块有单轴与双轴两种结构型式，带有PROFIBUS DP总线接口。
驱动器内部带有FEPROM(non-volatile data memory，非易失可擦写存储器)，用于存储系统软件与用户数据，驱动器的调整、动态优化可以在W1NDOWS环境下，通过SimoComU软件自动进行，安装、调整十分方便。
驱动器由整流电抗器(或伺服变压器)、电源模块(NE module)、功率模块(Power module)、611控制模块等组成：电源模块自成单元，功率模块、611控制模块、PROFIBUS DP总线接口模块组成轴驱动单元。
各驱动器单元间共用611直流母线与控制总线，并通过PROFIBUS DP总线，与SIEMENS 802D/810D/840D系统相连接，组成数控机床的伺服驱动系统。
3.1.5 刀架控制系统刀架是经济型的四方位简易刀架，它的机械结构简单，调试和使用方便，结构如图3所示。
其功能为：有四个刀位，能装夹四把不同的功能刀具，方刀架回转90°时，刀具变换一个位置，但方刀架的回转和刀位号的选择是由加工程序指令控制。
图3 四工位转位刀架3.1.6 接口信号在PLC用户程序和NCK（数控核心）、MMC（显示部件）和MCP（机床控制面板）之间通过不同的数据区进行信号和数据的交换。
PLC用户程序与交换无关，对使用者来说这是自动进行的。
PLC/NCK的控制信号和状态信号会循环刷新。
信号可以分为以下几组：普通信号、运行方式信号、通道信号、进给轴/主轴信号，见图4。
图4 PLC/NCK接口3.2西门子802C数控车床主轴的设计3.2.1 设计方案利用西门子PLC对MICROMASTER 420变频器的控制来驱动主轴电机的运行，从而实现对主轴的控制。
变频器UVW三相电与主轴电机相连；变频器PE接地；变频器5端控制主轴正转(KA2制)；变频器6端控制主轴反转(KA3控制)；变频器8端接24V电源；变频器10 11报警输出；变频器3 4端24V电源给定。
3.2.1.1 速度控制速度控制由NCK实现。
速度控制指令（S指令）通过译码以参数的形式把速度值经过D/A变换以0~10V的模拟电压输出，该模拟电压信号送到变频器的模拟量控制端控制电机转速。
3.2.1.2 方向控制方向控制由PLC实现。
方向控制指令（M03/M04）通过译码以参数的形式把正反转标志传送给PLC，PLC控制程序根据标志位输出正反转控制信号，控制变频器实现电机正反转。
3.2.1.3 安全保护当变频器发生故障，AL0输出报警信号，PLC控制程序根据报警信号实现紧急停止并报警3.2.2 数控机床的主轴传动系统数控机床的主轴系统和进给系统有很大的差别。
根据机床主传动的工作特点，早期的机床主轴传动全部采用三相异步电动机加上多级变速箱的结构。
随着技术的不断发展，机床结构有了很大的改进，从而对主轴系统提出了新的要求，而且因用途而异。
为了满足量大面广的前两类数控机床的需要，对主轴传动提出了下述要求：主传动电动机应有2.2～250kW的功率范围；要有大的无级调速范围，如能在1：100～1000范围内进行恒转矩调速和1：10的恒功率调速；要求主传动有四象限的驱动能力；为了满足螺纹车削，要求主轴能与进给实行同步控制；在加工中心上为了自动换刀，要求主轴能进行高精度定向停位控制，甚至要求主轴具有角度分度控制功能等。
主轴传动和进给传动一样，经历了从普通三相异步电动机传动到直流主轴传动，而随着微处理器技术和大功率晶体管技术的进展，现在又进入了交流主轴伺服系统的时代，目前已很少见到在数控机床上有使用直流主轴伺服系统了。
但是国内生产的交流主轴伺服系统的产品尚很少见，大多采用进口产品。
交流伺服电动机有永磁式同步电动机和笼型异步电动机两种结构形式，而且绝大多数采用永磁式同步电动机的结构形式。
而交流主轴电动机的情况则不同，交流主轴电动机均采用异步电动机的结构形式，这是因为，一方面受永磁体的限制，当电动机容量做得很大时，电动机成本会很高，对数控机床来讲无法接受采用；另一方面，数控机床的主轴传动系统不必像进给伺服系统那样要求如此高的性能，采用成本低的异步电动机进行矢量闭环控制，完全可以满足数控机床主轴的要求。
但对交流主轴电动机性能要求又与普通异步电动机不同，要求交流主轴电动机的输出特性曲线（输出功率与转速关系）是在基本速度以下时为恒转矩区域，而在基本速度以上时为恒功率区域。
交流主轴控制单元与进给系统一样，也有模拟式和数字式两种，SIEMENS 802C主轴控制单元即为数字式的。
3.2.3 变频器的使用3.2.3.1 安装①检查检查变频器在运输过程中有可能出现的各种损伤；检查iS5 变频器的名签，确认是否为正确可以使用的变频器。
②确认安装地点的环境条件环境温度不能低于14ºF (-10ºC) 并且不能超过 104ºF (40ºC)，相对湿度不能超过90% (无结露)，高度不能超过3,300英尺 (1,000m)。