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I
基于西门子802S的数控铣床电气设计
摘 要
普通机床的数控化再制造，是一项可以节约大量的资金的新技术。通过对旧机床的数控化再制造后，使机床性能接近新的机床，提高了零件的加工精度，改善了工作环境，提高了劳动生产率，缩短了制造周期。数控机床设计是一项由多个单元组成的系统工程。通过将系统的各个单元结合成另一个大的系统，使各单元的功能不仅能够相互叠加，而且可以使各单元相互辅助、相互促进与提高，从而使整体的功能大于各单元功能的简单之和。
在设计过程中针对西门子系统的功能及X52铣床的数控化改造的一般方法，确定铣床数控改造的总体设计方案,完成X52机床进给系统、主轴系统等部分的数控化改造的设计，确定进给系统和主轴系统的传动、驱动方案，选择主要驱动装置及其它元器件,根据X52K铣床主要辅助功能的实现方案，设计有关PLC控制程序，并完成系统参数设置等任务。
关键词：铣床,数控化改造, 电气系统
II
Electrical Design of Siemens Numerical Control Milling Machine
Based on 802s
ABSTRACT
The ordinary engine bed numerical control makes again, is one item may save the
massive fund new technology. Through makes again after the old engine bed numerical control, causes the engine bed performance close new engine bed, increased the components processing precision, improved the working conditions, enhanced the labor productivity, reduced the manufacture cycle. The numerical control engine bed design is one item the systems engineering which is composed by many units. ill combine to form through the systematic each unit another big system, not only will enable various units the function to superimpose mutually, moreover might make various units to assist, to promote and the enhancement mutually mutually, thus will cause the whole the function to be bigger than various units function the simple sum.
The general method of numerical control transformation for Siemens system function and X52 milling machine in the design process, determine the overall design scheme of CNC milling machine transformation, completed the design of NC machine tool feed system, X52 and other parts of the spindle system, determine the feed system and the spindle system of the transmission, drive scheme, selection of main driving device and other parts, according to the scheme of main auxiliary function of X52K milling machine, the design of PLC control program, and completed the system parameter setting etc..
KEY WORDS: Milling machine, Numerical control transformation, electrical system
III
目 录
摘要 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„Ⅰ ABSTRACT „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„Ⅱ 1 绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
1.1数控系统发展简史 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
1.1.1数控NC阶段 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1.2数控CNC阶段 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1.3数控技术未来发展方向„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
1.2数控机床的基本组成结构和主要功能 „„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.3 SINUMERIK 数控系统的介绍 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.4本次毕业设计的任务 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2总体改造方案设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.1 X52K立式铣床的简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.1.1 X52K立式铣床的结构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.1.2 X52K立式铣床的参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.2控制系统的改造„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
2.2.1主轴变频器电气控制改造„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 2.2.2进给系统改造„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.3数控机床的外观造型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3电气系统硬件设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
3.1数控系统的硬件连接和功能接口„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 3.2主轴及其控制„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14
3.2.1主轴的控制方式„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 3.2.2主轴变频器MICROMASTER 420电气控制„„„„„„„„„„„14 3.3进给轴及其控制„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15
3.3.1数控机床对伺服驱动系统的要求„„„„„„„„„„„„„„„„16 3.3.2数控机床对伺服电机的要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 3.3.3步进电机的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 3.4 PLC的电气改造„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 4 参数的设置及plc程序的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19
4.1回参考点运行„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 4.2静态极限监控„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 4.3反向间隙补偿„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23
IV
4.4主轴启停控制分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25 4.5主轴换档控制分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 4.6进给轴主轴使能控制分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 总 结 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 致 谢 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„31 附录 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32
基于西门子802S的数控铣床电气设计 1
1 绪论
1.1 数控系统发展简史
1.1.1 数控NC阶段
早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不打，不能适应机床实时控制的要求。人们采用数字逻辑电路搭成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。这个阶段历经了三代发展：
第一代NC是电子管NC。它是1948年美国怕森兹公司为研制新型直升机桨叶，在MIT的协助下，于1952年完成的。由电子管、继电器、模拟电路构成的三坐标连续轨迹控制的数控铣床，用作数控机床的原型机或样品机。
第二代NC是晶体管NC。1958年，晶体管取代了电子管，并广泛采用印制线路板。 第三代NC是采用小规模集成电路的NC。1965年的三代—小规模集成电路。 1.1.2 计算机数控（CNC）阶段
通用小型计算机已出现并成批生产，于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（NCN）阶段（把计算机前面应有的“通过”两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件—运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。
到1974年，微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕，不如采用微处理器经济合理，而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的处理器的速度和功能虽还不高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。
到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。
计算机数控阶段也经历了三代：即1970年的第四代—小型计算机；1974年的第五代—微处理器和1990年的第六代—基于PC。 1.1.3 数控技术未来发展方向
基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程和联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面将普及到所有的数控系统，远程通讯、远程诊断和维修将更加普遍。日本、欧盟和美国等
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针对开放式的CNC。要求数控系统高速处理并计算出伺服电机的移动量，并要求伺服电机能快速地做出反应。为使在极短的空程内达到高速度和在高行程速度下保持高定位精度，必须具备高加、减速度和高精度的位置检测系统和伺服品质。通过减少数控系统的误差和采用补偿技术来提高极度。
随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。 （a）用自适应控制技术。数控系统能检测过程中的一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。
（b）引入专家系统指导加工。将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律与特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库伟支撑，建立具有人工智能的专家系统。当前，已开发出来模糊逻辑控制和带自学习功能的人工神经网络电火花加工数控系统。
（c）引入故障诊断专家系统。当数控机床某部分出现故障时，故障诊断专家系统会进行判断、反馈，产生报警，或显示故障代号、故障部位等信息。
（d）智能化数字伺服驱动装置。通过自动识别负载而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。
1.2数控机床的基本组成结构和主要功能
数控机床有输入介质、人机交互设备、计算机数控装置、进给伺服驱动系统，主轴伺服驱动系统、辅助装置、可编程控制器、反馈装置和适应控制装置等部分组成。 （a）控制介质：即在人与数控机床之间建立某种关系的媒介，常见的有磁带、磁盘等。
（b）人机交互设备：即操作面板。该部分主要包括键盘和显示器。
（c）计算机控制装置（CNC）：CNC是数控机床的一个核心部分，他由运算器、控制器（运算器和控制器构成CPU）、存储器、输入接口、输出接口等。
（d）进给伺服驱动系统：该系统由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电动机组成。其作用主要是把来自数控装置的位置控制移动指令转变成机床工作部件的运动，使工作台按规定轨迹移动或精确定位，加工出符合图样要求的工件。进给伺服驱动系统的控制数控机床工作台或移动刀架的位置控制系统，它是一种直线运动。
（e）主轴驱动系统：现代数控机床对主轴的要求较高，需要有较高的转速，并且可以实现无极调速的功能。机床主轴的运动是旋转运动。这要求主传动电机能够输出较大
的功率。同时数控机场的主驱动系统能在主轴的正反方向都可以实现转动和加减速。 （f）辅助控制装置：包括液压泵，冷却泵等控制接口电路。在这些电路中包括了换向阀电磁铁和接触器等电气元件，通过可编程控制器进行控制，使得以上的功能都可以简单的实现。
（g）可编程控制器：它把计算机送来的辅助控制指令转换成强电信号，用来控制数控机床的顺序动作，定时计数、主轴电机的启动、停止、转速的调整等动作。
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1.3 SINUMERIK 802S数控系统的介绍
SINUMERIK 802S是一种典型的经济型 CNC系统。 该控制系统具有以下特点： （a）结构紧凑，高度集成于一体的数控单元，操作面板，机床操作面板和输入输出单元。
（b）机床调试配置数据少，系统与机床匹配更快速、更容易。 （c）简单的编程界面，保证了生产的快速进行，优化了机床的使用。
802S系统标准配置包具备了所有的必要组成单元: NC, PLC, 操作面板, 机床控制面板, 输入/输出单元及系统软件. 操作编程极其简便、免维护、性能价格比高，是专门为低端CNC机床市场而开发的经济型CNC控制系统。在中国的销售非常成功。采用电容防止掉电引起的数据丢失。程序的变化和新程序软件存储。系统软件面向车床和铣床应用，并可单独安装。在每一个工具盒中都包含有车床和铣床 802S具有和802C同样的显示器，操作面板，数控功能，PLC编程方法等，所不同的只是SINUMERIK 802S带有步进驱动系统，控制步进电机，可带3个步进驱动轴及一个+/- 10V模拟伺服主轴； 而SINUMERIK 802C带有伺服驱动系统,它采用传统的模拟伺服+/- 10V接口,最多可带3个伺服驱动轴及一个伺服主轴。最新推出的802Se/Ce , 更是将CPU、输入输出点（48个24V的直流输入和16个24V的直流输出，输出同时工作系数为0.5 时负载能力可达0.5A）、控制接口等所有部件集成在面板背后，一体化的设计使得使用维护更为方便。因此802S和802C系统非常适合于普通机床、数显机床的数控化改造以及低档数控机床的数控配套和改造。我们曾经应用的场合有数控车床、数控镗铣床、数控磨床、枪钻机床、专机等。
SINUMERIK 802S base line控制软件已经存储在数控部分的Flash-EPROM（闪存）上，Toolbox软件工具（调整所用的软件工具）包含在标准的供货范围内。系统不再需的PLC 程序示例，以便用户能很快地调试完毕。
1.4本次毕业设计的任务
（a）针对西门子802s系统的功能及X52铣床的数控化改造的一般方法，确定铣床数控改造的总体设计方案。
（b）完成X52机床进给系统、主轴系统等部分的数控化改造的设计，确定进给系统和主轴系统的传动、驱动方案，选择主要驱动装置及其它元器件，设计铣床电气原理图。
（c）根据X52K铣床主要辅助功能的实现方案，设计有关PLC控制程序，并完成系统参数设置等任务。
（d）编写设计说明书，整理设计图纸、PLC控制程序，要求说明书和设计图表达正确、工作量达标。
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在设计过程中应该对西门子802S数控系统的组成以及安装调试和它的对外接口了解清楚，同时绘出电气原理图以及PLC程序的设计，也要完成一些重要参数的设定，例如回参考点的设定，硬软件限位开关的参数设定，反向间隙补偿等，也要对X52K立式升降铣床的组成和工作原理有所了解。通过查资料清楚数控机床的PLC控制。通过变频器实现主轴的无级调速。
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2总体改造方案设计
2.1 X52K立式铣床的简介
本机床是一种强力金属切削机床，机床的主轴传动系统由功率为7.5kw的电动机驱动，能承受重负荷切屑。主轴锥孔可直接或通过附件安装各种圆柱铣刀、圆片铣刀、成型铣刀、端面铣刀等刀具，适于加工各种零件的平面、斜面、沟槽、孔等，是机械制造、模具、仪器、仪表、汽车、摩托车等行业的理想加工设备。
图2-1 X52K立式铣床实物图
2.1.1 X52K立式铣床的结构
X52K为立式升降台铣床，其主轴轴线垂直于工作台面，外形如图2-1所示，主要由床身、立铣头、主轴、工作台、升降台、底座组成。
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图2-2 X52K立式铣床结构图
（a）床身—固定和支承铣床各部件；
（b）立铣头—支承主轴，可左右倾斜一定角度；
（c）主轴—为空心轴，前端为精密锥孔，用于安装铣刀并带动铣刀旋转； （d）工作台—承载、装夹工件，可纵向和横向移动，还可水平转动； （e）升降台—通过升降丝杠支承工作台，可以使工作台垂直移动；
（f）变速机构—主轴变速机构在床身内，使主轴有18种转速，进给变速机构在升 降台内，可提供18种进给速度；
（g）底座—支承床身和升降台，底部可存储切削液。 X52K立式铣床的特点:
（a）立铣头可在垂直平面内顺、逆回转调整 ±45°，拓展机床的加工范围；主轴轴承为圆锥滚子轴承，承载能力强，且主轴采用能耗制动，制动转矩大，停止迅速、可靠。
（b）工作台X/Y/Z向有手动进给、机动进给和机动快进三种，进给速度能满足不同的加工要求；快速进给可使工件迅速到达加工位置，加工方便、快捷，缩短非加工时间。
（c）X、Y、Z三方向导轨副经超音频淬火、精密磨削及刮研处理，配合强制润滑，提高精度，延长机床的使用寿命。
（d）润滑装置可对纵、横、垂向的丝杠及导轨进行强制润滑，减小机床的磨损，保证机床的高效运转；同时，冷却系统通过调整喷嘴改变冷却液 流量的大小，满足不同的加工需求。
（e）机床设计符合人体工程学原理，操作方便；操作面板均使用形象化符号设计，简单直观。
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2.1.2 X52K立式铣床参数
表2-1 X52K立式升降铣床参数 X52K立式铣床主要技术参数 主轴端面至工作台距离（mm） 主轴中心线到床身垂直导轨的距离（mm） 主轴孔锥度 主轴孔径（mm） 主轴转速（r.p.m） 立铣头最大回转角度 主轴轴向移动距离（mm） 工作台工作面（宽度×长度）（mm） X52K 45～415 350 7：24 ISO50 29 30～1500/18极 ±45° 85 1325×320 工作台行程纵向/横向/垂向（手动/机动）（mm） 720/700、255/240、370/350 工作台进给范围纵向/横向/垂向（mm/min） 23.5～1180/23.5～1180/8～394 工作台快速移动速度纵向/横向/垂向（mm/min） T型槽槽数/槽宽/槽距（mm/） 主电机功率（mm） 进给电机功率（kw） 外形尺寸（mm） 2300/2300/770 3/18/70 7.5 1.5 2530×1890×2380 2.2控制系统的改造
电气部分：安装微型机数控系统。它包括：CPU，扩展程序存储器，扩展数据存储器、I/O接口电路；能输入加工程序和控制命令的键盘；能显示加工数据和机床状态信息的显示器；光电隔离电路和步进电机驱动电路；螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其它辅助电路。
2.2.1 主轴变频器电气控制改造
数控铣床的主轴如果采用齿轮变速,难以进行精密恒定线速度控制，且需要按时定期维修离合器。直流型主轴虽然可以无级调速，但必须维护换向器，其最高转速亦受到
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限制。数控铣床的主轴若采用变频器控制即可消除这些限制，可对普通电动机直接变速传动，因此可以去掉离合器，实现主轴的无级调速。
主轴变频器的基本选型上，目前较为简单的一类变频器是V/F控制（简称标量控制），它就是一种电压发生模式装置，对调频过程中的电压进行给定变化模式调节，常见的有线性V/F控制（用于恒转矩）和平方V/F控制（用于风机水泵变转矩）。所谓矢量控制，最通俗的讲，为使鼠笼式异步机像直流电机那样具有优秀的运行性能及很高的控制性能，通过控制变频器输出电流的大小、频率及其相位，用以维持电机内部的磁通为设定值，产生所需要的转矩。矢量控制相对于标量控制而言，其优点有:
（a）控制特性非常优良，可以直流电机的电枢电流加励磁电流调节相媲美; （b）能适应要求高速响应的场合; （c）调速范围大;
（d）可进行转矩控制。当然相对于标量控制而言，矢量控制的结构复杂、计算烦琐，而且必须存贮和频繁地使用电动机的参数。 2.2.2进给系统改造
数控机床的进给系统是由伺服电机驱动（由于铣削时作用在电动机轴上的负载转矩较大，所以要选择大功率的步进电动机，而大功率步进电动机驱动较困难。步进电动机没有过载能力，在高速运动时转矩下降很多，容易丢步。要是改造后的铣床进给伺服性能较好，在改造中也常采用直流伺服电动机驱动），通过滚珠丝杠带动刀具或工件完成各坐标方向的进给运动。为确定进给系统的传动精度和工作稳定性，在设计机械装置时，以“无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度”为原则，具体措施有： （a）采用低摩擦、轻拖动、高效率的滚珠丝杠和直线滚动导轨；
（b）采用大扭矩、宽调速的伺服电机直接与丝杠相联接，缩短和简化进给传动链； （c）通过消隙装置消除齿轮、丝杠、联轴器的传动间隙； （d）对滚动导轨和丝杠预加载荷，预拉伸。
丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。滚珠丝杠具有摩擦损失小，效率高等特点，其传动效率可在90%以上；精度高，寿命长；启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。因此此次的西门子数控铣床选择滚珠丝杠。滚珠丝杆螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动常用的传动装置。它以滚珠的滚动代替丝杆螺母副中的滑动，摩擦力小，具有良好的性能。该部分主要是由丝杆、螺母、滚珠和滚道、螺母座等组成的。其工作原理是：在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管作周而复始的循环运动。回珠管两端还起挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出。
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2.3数控机床的外观造型
数控机床的外观大都采用线型简洁的板块组合式全封闭安全防护罩，配备有现代特征的集操作、显示、控制于一体的操作面板，淘汰了普通机床各种操作手柄、手轮和线型复杂零散的多面型表面形态。安全防护罩可防止高压、大流量冷却液及铁屑飞溅，减少粉尘入侵，隔声降噪，有利于机床的精度保持和环境保护，真正体现了机、电、液一体化的特点。机床附件的作用是配合机床实现自动化加工。数控机床专用的附件有： 对刀仪,自动编程机,自动排屑器,物料储运及上下料装置,自动冷却、润滑及各种新型配套件如导轨防护罩等。
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3电气系统硬件设计
3.1数控系统的硬件连接和功能接口
系统的接口布局一般系统的接口都位于机箱的背面如图3-1所示。
图3-1系统的接口布局
（1）电源端子X1
系统的工作电源为直流24V电源，接线端子为X1。
表3-1电源端子
端子号 1 2 3 信号名 PE M P24 说明 保护地 0V 直流24V （2）通讯接口RS232-X2
在使用外部PC/PG与802S进行数据通讯或编写PLC程序时使用RS232接口。电
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缆的制作图3-2如下：
图3-2通讯接口
（3）手轮接口X10
通过手轮接口X10可以在外部连接两个手轮。X10有10个接线端子，引脚见下表3-2：
表3-2手轮接口
引脚 1 2 3 4 5 信号 A1+ A1- B1+ B1- P5V 说明 手轮1 A相+ 手轮1 A相- 手轮1 B相+ 手轮 1 B相- +5Vdc 引脚 6 7 8 9 10 信号 GND A2+ A2- B2+ B2- 说明 地 手轮2 A相+ 手轮2 A相+ 手轮2 A相+ 手轮2 A相+ （4）高速输入接口X20
通过接线端子X20可以连接3个接近开关，仅用于802S回零。参考点脉冲来自接近开关（PNP型），有效电平为24VDC。X20管脚如下表3-3所示：
表3-3高速输入接口
脚号 1 2 3 4 5 信号 RDY1 RDY2 HI-1 HI-2 HI-3 说明 使能2.1 使能2.2 X轴参考点脉冲 Y轴参考点脉冲 Z轴参考点脉冲 脚号 6 7 8 9 10 信号 HI-4 HI-5 HI-6 N.C. M 说明 继电器的使能触电 24V地 （5）数字输入端（X2003）
PLC数字输入接口X2003的接线如下图所示2-3，SQ5和SQ7为X轴和Z轴回零
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限位开关当主电机或冷却泵电机过载闭合时，其产生的过载信号从使能端输出时，SB1为急停按钮，当被按下时，所有PLC输出端均无信号输出，SQ5和SQ7和SB1均采用常闭逻辑。
图3-3 PLC数字输入接口
（6）驱动器接口X7
驱动器接口X7为芯针插座，另一端分别接至各轴驱动器的信号端子。802Se和
802Ce的驱动接线略有不同。下面给出从CNC控制器到步进驱动的给定值电缆连接示意图3-4：
图3-4驱动器接口X7
（7）驱动器的连接
步进驱动器其实是和一个步进电机配合使用，来控制机床工作台 X 轴移动的一个系统。步进电动机是一种将电信号转换成机械角位移的电磁机械装置。由于所用电源是脉冲电源，也称脉冲马达。步进电动机是一种特殊的电动机，其跟随步进驱动系统给定的输入脉冲按节拍一步一步的转动。对步进电动机施加一个电脉冲信号时，步进电动机就旋转一个固定的角度，称为一步，每一步转过的角度叫步距角。步进电动机的角位移
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量和输入的脉冲个数严格地成正比例，在时间上与输入脉冲同步。因此，只需控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电相序，便可获得所需的转角、转速及旋转方向。在无脉冲输入时，在绕组电源激励下，气隙磁场能使转子保持原有位置而处于定位状态。步进驱动器与步进电机的连接如下图3-5所示：
图3-5驱动器的连接
（8）驱动电流设定
驱动器可以驱动不同扭矩的步进电机。在调试时需按照所使用电机的扭矩设定驱动器的驱动电流，设定方法如下图3-6所示：
图3-6 驱动器电流设置
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3.2主轴及其控制
主轴是生产主切削运动的动力源，主轴不仅要在高速旋转的情况下承载切削时传递的主轴电动机的动力，而且还要保持非常高的精度。主轴是数控机床中最关键的部件之一，主轴的结构上分为机械主轴和电主轴。机械主轴由刀具的转卡机构、轴承、主轴冷却系统以及配套的主轴电机、测量部件及驱动装置等构成。电主轴的特点是主轴电机被集成到主轴的机械部件中，构成一个整体结构的主轴系统。
在设计机床时，需要根据机床切削的指标定义机床的技术指标其中主轴的输出功率和主轴的调速范围为关键的技术指标。因此在数控机床设计的阶段，必须明确主轴的输出功率和调速范围等技术指标，否则，用户在切削时可能会出现由于主轴输出功率不够造成的主轴停止,而不能完成用户加工程序中要求的切削用量。主轴在低速加工时，需要满足低速状态下可以产生足够的转矩，而且保证主轴的调速范围。主轴在高速加工时，主轴的旋转部件要做到动平衡，否则在高速旋转运动中会产生振动，影响加工质量。 3.2.1主轴的控制方式
数控系统的伺服主轴有三中控制方式，它们是速度控制方式、位置控制方式和摆动
控制方式。这三中控制方式的用途不同，并可以通过不同的控制指令进行切换。 在速度控制方式下，主轴电机用于产生机床切削的主运动。激活主轴速度方式的变成指令有主轴正转M03、主轴反转M04和主轴停止M05。主轴的转速有变成指令S确定，如S1000表示主轴1000r/min。在速度控制方式下，主轴可通过零件程序控制，也可以用手动控制。主轴的手动控制与进给轴的手动控制的实现方式基本相同。主轴正转键或反转键后，主轴减速、停止；另一种方式是按一下主轴正转键或主轴反转键后随即松开，主轴启动运转，直到按下主轴停止键后主轴减速、停止。
主轴的位置控制方式用于主轴分度、刚性攻螺纹、自动换刀时的主轴定位等。激活主轴位置控制方式的编程指令是SPOS或M19.
摆动控制方式用于主轴换挡。主轴换挡时，主轴电机可进入自动摆动状态，变速箱中的齿轮在摆动过程中啮合容易。激活主轴摆动方式的编程指令由辅助功能M41、M42、M43、M44、M45（对应于主轴的第一档到第五档）或者辅助功能S，数控系统根据机床参数中定义的每档最高速度和最低速度自动确定主轴档位。 3.2.2主轴变频器MICROMASTER 420电气控制
本系统采用西门子MICROMASTER420变频器。该变频器的主要功能如下： （a）磁通电流控制（FCC），改善了动态响应和电动机的控制特性； （b）快速电流限制（FCL）功能，实现正常状态下的无跳闸运行； （c）内置的直流注入制动；
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（d）复合制动功能改善了制动特性；
（e）加速/减速斜坡特性具有可编程的平滑功能； （f）具有比例，积分（PI）控制功能的闭环控制； （g）多点V/f特性
另外，还具有过电压/欠电压保护、变频器过热保护、接地故障保护、短路保护、电动机过热保护、PTC电动机保护等。它具有以下特点：
（a）控制特性非常优良，可以直流电机的电枢电流加励磁电流调节相媲美;
（b）能适应要求高速响应的场合; （c）调速范围大;
（d）可进行转矩控制。当然相对于标量控制而言，矢量控制的结构复杂、计算烦琐，而且必须存贮和频繁地使用电动机的参数。
图3-7 变频器接线图
3.3进给轴及其控制
进给驱动用的伺服电动机主要可以分为6种： （a）改进型直流电动机 （b）小惯量直流电动机 （c）步进电动机
（d）永磁直流伺服电动机 （e）无刷直流电动机
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（f）交流调速电动机。
而在这些电机中，我们主要以实用交流调速电动机为主。
伺服驱动系统是CNC装置和机床的联系环节，CNC装置发出的控制信息，通过伺服驱动系统，转换成坐标轴的运动，完成程序所规定的操作。伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。主要作用有两点：
（a）伺服驱动系统能放大控制信号，具有输出功率的能力；
（b）伺服驱动系统能根据CNC装置发出的控制信息对机床的移动部件的位置和速度进行控制。
3.3.1数控机床对伺服驱动系统的要求
数控机床的性能在很大程度上取决其四幅驱动系统的性能，对伺服驱动系统的主要要求如下：
（a）进给调速范围要宽 即最高转速和最低转速比；
（b）位置精度要高 要求具有很高的调速精度和很强是抗干扰能力，即要求工作稳定性要好。
（c）响应速度要快 为了保证轮廓切削形状精度和低的加工表面粗糙度，除了要求有较高的定位精度外，还要有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。
（d）低速、大转矩 根据机床的加工特点，经常在低速下进行重切削，即在低速下进给驱动系统必须有大的转矩输出。 3.3.2 数控机床对伺服电机的要求
进给伺服驱动系统对执行元件——伺服电机也有很高的要求：高精度、快反应、
宽调速和大转矩。具体要求是：
（a）电机从最低速到最高速都能平滑的运转，转矩波动小。 （b）有较大、较长时间的过载能力，来满足低速大转矩的要求。
（c）满足快速响应的要求，即随着控制信号的变化，电动机能在短时间内完成必须的动作。
（d）电动机应能承受频繁的启动、制动和反转。 3.3.3步进电机的选择
802S数控系统开环控制采用步进电动机作为驱动元件，由于它没有位置反馈回路，简化了线路，因此设备投资低，调试维修方便，但进给速度和精度较低。电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常
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的简单。因此，步进电动机具有以下优点： （a）控制特性好； （b）误差不长期积累；
（c）步距值不受各种干扰因素的影响。 步进电机主要特性 2
步距角α
指每给一个脉冲信号，电机转子应转过角度的理论值，它是步进电机的重要指标。它取决于电机结构和控制方式。步距角可按下式计算：
α=360°/mzk
式中，m为定子相数； z为转子齿数；
k为通电系数，若连续两次通电相数相同为1，若不同则为2。 （2）矩角特性、最大静态转矩Mjmax和启动转矩Mq
如果在电机轴上施加一个负载转矩M，转子会在载荷方向上转过一个角度θ，转子因而受到一个电磁转矩Mj的作用与负载平衡，该电磁转矩Mj称为静态转矩，该角度θ称为失调角。步进电机。
单相通电的静态转矩Mj随失调角θ的变化曲线称为矩角特性，如下图3-8所示：
图3-8矩角特性
（3）启动频率fq和启动时的惯频特性
启动频率或突跳频率fq：步进电机由静止突然启动、并进入不丢步的正常运行状态所允许的最高频率，是反映步进电机快速性能的重要指标。空载启动时，定子绕组通电状态变化的频率不能高于启动频率。
启动时的惯频特性：电机带动纯惯性负载时启动频率和负载转动惯量之间的关系。一般来说，随着负载惯量的增加，启动频率会下降。如果除了惯性负载外还有转矩负载，则启动频率将进一步下降。
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（4）运行矩频特性
定义：步进电机启动后，其运行速度能跟踪指令脉冲频率连续上升而不丢步的最高工作频率，其值远大于启动频率。
运行矩频特性是描述步进电机在连续运行时，输出转矩与连续运行频率之间的关系，它是衡量步进电机运转时承载能力的动态指标，如下图3-9所示：
图3-9矩频特性
3.4 PLC的电气改造
在机械制造业中，PLC得到了非常广泛的应用。特别是数控机床都或多或少的使用了PLC作为开关量的控制。
在信息交换中，分为PLC与CNC之间的信息交换和PLC与机床之间的信息交换。 （a） PLC与CNC之间的信息交换分两个方向进行：一个方向是CNC向PLC发送信息，主要信息有各种功能代码M、S、T的信息，手动/自动方式信息，各种使能信息等；另一个方向是PLC向CNC发送信息，主要信息有M、S、T功能的应答信息和各坐标轴对应的机床参考点信息等。
（b） PL C与机床之间的信息交换也分为两个方向进行：一个方向是PLC向机床发送的信息，主要信息有控制机床的执行元件，如电磁铁、接触器、继电器以及各种状态指示和故障报警等；另一个方向是机床向PLC发送信息，主要信息有机床操作面板输入信息和其上各种开关、按钮等信息，如机床起动/停止、主轴正转/反转/停止、冷却液开/关、倍率选择、各坐标轴点动以及刀架卡盘夹紧/松开等信息，还有各运动部件的限位开关，主轴状态监视信号和伺服系统运行准备信号等。
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4 参数的设置及PLC程序的设计
4.1回参考点运行
为了使系统在开机以后能够立即精确地识别机床零点，必须使系统与进给轴或主轴的位置测量系统进行同步，该过程就是所谓的回参考点的过程。对于使用步进电机的进给轴，尽管没有测量系统，但也要求回参考点过程。因此，把步进电机的进给轴视作具有“内部”位置测量系统。
回参考点的过程为：在“Ref”方式下通过按各轴方向键可以对每个轴回参考点，可以同时对所有轴回参考点运行。如果要求进给轴按一定的顺序回参考点，则用户只需在启动时按照该顺序执行。当系统接到回参考点的命令后，轴按照指定的方向快速移动，当撞到减速档块后，轴减速运行寻找编码器的零脉冲信号作为同步信号。对于带步进电机的进给轴没有位置测量系统就用接近开关信号代替，该开关安装在电机轴上，电机每转一转它会发出一个信号，系统会采样接近开关的上升沿或上升沿和下降沿的中点作为零脉冲信号。
回参考点方式分有减速开关和无减速开关两种。 （1）有减速开关
根据接近开关信号/零脉冲的位置，回参考点可以分为两种情况： （a）接近开关信号/零脉冲在减速开关之前如图4-1所示。
MD34050：REFP_SEARCH_MARKER_REVERS=0 ,遇减速开关后，反向寻找接近开关/零脉冲信号；
图4-1零脉冲在减速开关之前
（b）接近开关信号/零脉冲在减速开关之后如图4-2所示。
MD34050：REFP_SEARCH_MARKER_REVERS=1 ,遇减速开关后，同向寻找接近开
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关/零脉冲信号；
图4-2零脉冲在减速开关之后
（2）无减速开关如图4-3所示。
图4-3无减速开关
图中：
VC—寻找减速档块速度，由MD34020（REFP_VELO_SEARCH_CAM）设定。 VM—寻找接近开关信号/零脉冲速度，由（REFP_VELO_SEARCH_MARKER）设定。
VP—参考点定位速度，由MD34070（REFP_VELO_POS）设定。 RV—参考点偏移，由MD34080（REFP_MOVE_DIST）设定。 RK—参考点坐标，由MD34100（REFP_SET_POS[0]）设定
MD34040
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回参考点的参数如下表4-1所示：
表4-1回参考点的参数
轴参参数名 轴参数号 参数名 数号 31100 BERO-CYCLE 34000 RFEP-CAM-IS-ACTIVE 单位 轴 轴 举例值 X,Y,Z 举例值 参数定义 参数定义 丝杠每转电机脉冲数 1 减速开关生效 0/1 减速开关方向0-正；1-负 每转脉冲的容差 2000 寻找减速开关速度 300 接近开关负向0-正；1-负 寻找另脉冲速度 寻找接近开关最大距离 参考点定位速度 检测的零脉冲后的移动距离 参考点位置值 单位 IPR 1250 X,Y,Z 34010 RFEP-CAM-DIR-IS-MINUS X,Y,Z 31110 BERO-EIXGE-TOL I X,Y,Z 500 34020 RFEP-VELO-SEARCH-CAM mmMin X,Y,Z 34040 RFEP-VELO-SEARCH-MARKER mmMin X,Y,Z 34050 34060 34070 34080 34100 RFEP-SEARCH-MARKER-REVERSE RFEP- MAX-MARKER-DIST RFEP-VELO-POS RFEP-MOVE-DIST RFEP-SET-POS mm X,Y,Z 0/1 X,Y,Z 200 mmMin X,Y,Z 200 mm mm X,Y,Z 2 X,Y,Z 29.4 4.2静态极限监控
（1）限位开关监控
每根轴每个加工方向都有一个硬件限位开关，以免工作台滑落。如果撞到限位开关 PLC会通知NC，NC即中断所有轴的运行，根据方向发出21614报警“硬件限位开关+或-”，这时运动方向的方向键被锁定。在JOG方式下用反向运动即可解除，按RESET键可消除报警。 （2）软件限位开关
它用于控制在正常加工方式下各坐标轴最大的加工范围。每根轴都拥有两对软件限位开关，它们在机床进给轴系统中通过下列参数设定：MD36100= 轴负向第一个软限位值， MD36110= 轴正向第一个软限位值，MD36120= 轴负向第二个软限位值，MD36130= 轴正向第二个软限位值，当轴回参考点后，软件限位开关监控功能在所有操作方式下均有效。如果在处理程序段时发现轴应该到达的位置大于正向/负向限位开关值系统则发出下属报警之一：10720 “软件限位开关+或-”，10620 “轴到达软件限位开关+或-如果在JOG方式下已经到达一个软件限位点，并将继续沿着该方向运行，则系统发出10621报警“轴位于软件限位开关处”，轴被制动。运行方向的方向键被锁定。
利用丝杠每转一圈接近开关产生的脉冲对步进电机的输出脉冲进行监控，如果步进电机丢转系统即发出25201报警，可用PLC参数MD14512[16]的第4、5、6位来分别激活X、Y、Z轴的旋转监控功能。因此功能相关的参数为下表4-2所示：
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表4-2轴的旋转监控参数
电机每转脉冲数的容差应考虑到接近开关两个沿的位置差以及在最高进给时的跟随误差，其对应关系如下：
丝杠每转步进机电的脉冲数=电机每转的步数/减速比
跟随误差对应的脉冲数 =丝杠每转步进电机的步数x最高速度下跟随误差/丝杠螺距
4.3反向间隙补偿
在数控机床上，由于各坐标轴进给传动链上驱动部件（如伺服电动机、伺服液压马达和步进电动机等）的反向死区、各机械运动传动副的反向间隙等误差的存在，造成各坐标轴在由正向运动转为反向运动时形成反向间隙，通常也称反向偏差或失动量。对于采用半闭环伺服系统的数控机床，反向间隙的存在就会影响到机床的定位精度和重复定位精度，从而影响产品的加工精度。常用反向间隙的测定方法如下：在所测量坐标轴的行程内，预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准，再在同一方向给予一定移动指令值，使之移动一段距离，然后再往相反方向移动相同的距离，测量停止位置与基准位置之差。在靠近行程的中点及两端的三个位置分别进行多次测定（一般为七次），求出各个位置上的平均值，以所得平均值中的最大值为反向偏差测量值。在测量时一定要先移动一段距离，否则不能得到正确的反向偏差值。测量直线运动轴的反向偏差时，测量工具通常采有千分表或百分表，若条件允许，可使-用双频激光干涉仪进行测量。 反向间隙的检测方法：将标准百分表固定在刀架上，使表的探针碰触到某一固定物体。用手脉×10档以每格0.01mm的速度前进，以排除这个方向的间隙。再反方向摇动手脉，并记录手脉反向移动的格数，直到百分表针开始反向移动时为止，这个记录下来的手脉反向旋转的格数即是反向间隙。
国产数控机床，定位精度有不少于0.02mm,但没有补偿功能。对这类机床，在某些场合下，可用编程法实现单向定位，清除反向间隙，在机械部分不变的情况下，只要低速单向定位到达插补起始点，然后再开始插补加工。插补进给中遇反向时，给反向间隙值再正式插补，即可提高插补加工的精度，基本上可以保证零件的公差要求。西门子反向间隙补偿如下表4-3所示。
表4-3反向间隙补偿参数 轴参数号 32450
参数名 BACKLASH 单位 mm 轴 X，Y，Z 举例值 参数定义 0.024 反向间隙补偿 4.4主轴启停控制流程
如图4-4所示我们分析整个控制流程。假设当前主轴处于停止状态时，我们要分析紧停指令。当紧停指令有效时主轴还是处于停止状态。当紧停信号无效时，我们再分析
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使能信号是否有效。当使能信号有效时，我们看主轴在JOG/REF或MDA/AUTO方式下的主轴输出命令。此时，主轴运行指令输出，主轴处于运行状态。我们应该注意观察是否有M05指令输出、复位键指令输出、以及M03-M04或M04-M03换挡控制指令的输出；当以上三者有其一时，主轴处于制动状态。反之，主轴继续处于运行状态。当制动过程结束时，主轴又一次处于停止状态。整个过程就这样一直循环进行。
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图 4-4 主轴启停控制PLC流程图
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4.5主轴换挡流程图
如图4-5所示，我们分析主轴换挡的整个控制过程。假定当前过程为检测并记录当前齿轮档，当接收到换挡信号置位的指令时，进给继续保持。我们观察所要求的档位和现在正在运行的档位是否不同；当相同时，会返回到记录并保持当前齿轮档的状态，当不同时，换挡指令输出。主轴停止延时，此时主轴会发生摆动，刀架夹紧时换挡监控延时，接下来我们看换挡是否到位。当换挡未到位时，刀架持续夹紧延时的过程；当换挡到位时，主轴停止摆动，输出换挡结束信号。通知NCK记录当前档位。这样一个循环过程结束。
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图4-5主轴换挡PLC流程图
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4.6进给轴主轴使能控制流程图
如图4-6所示，我们分析主轴换挡的整个控制过程。主轴与进给轴使能控制流程图的分析为：如果限位开关为单开关，就会记录当前轴的运行情况，当限位开关被触发时，当前记录的轴就会停止向限位开的方向移动，同时相应的轴限位开关就会报警，如果在JOG方式下退出硬件限位，就会消除报警，恢复正常的轴运行，反之，不退出硬件限位系统会一直报警。如果限位开关没有被触发，就会回到限位开关为单开关。如果限位开关不是单开关，当限位开关被触发时，当前记录的轴就会停止向限位开的方向移动，同时相应的轴限位开关就会报警，如果在JOG方式下退出硬件限位，就会消除报警，恢复正常的轴运行，反之，不退出硬件限位系统会一直报警。 从而形成一个循环的过程，达到监控主轴和进给轴的使能控制。
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图4-6进给轴主轴使能控制PLC流程图
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总 结
通过本次毕业设计了解到数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。通过对普通铣床的改造，使得机床能够完成较高精度的工件，同时也能够完成各种不同要求（形状）的工件，包括孔的加工、轴的运动轨迹、刀具补偿、，工件加工速度，工件的循环加工等等。除此之外，西门子数控铣床与普通铣床的最大不同点就是：西门子采用了PLC控制。PLC机床参数和PLC报警文本都是根据PLC用户程序的要求进行设定和编写的，当遇到故障时，可以通过操作选择“诊断”（DIAGNOS）可以实时检查PLC的全部输入位（IW），输出位（QW），标志位（FW），计时器（T）和计数器（C）的状态，用来进行接口信号的诊断。
此说明书主要介绍的是普通铣床的数控改造，包括对西门子公司的数控系统的简单说明，以及此次改造中所选的802S系统的特性介绍,还着重的阐述了机械和电气部分的改造,同时对S7200系统手册有了一定的认识，同时还了解了数控铣床主轴换挡和主轴启停以及主轴进给轴的使能控制流程图，同时对参数设置有了深入了解，例如：回参考点的参数设定，静态极限监控，反向间隙补偿等，还有PLC控制中的信号如机床起动/停止、主轴正转/反转/停止、冷却液开/关、倍率选择、各坐标轴点动以及刀架卡盘夹紧/松开等信息，还有各运动部件的限位开关，主轴状态监视信号和伺服系统运行准备信号等。
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致 谢
经过几个月的忙碌和学习，本次关于西门子802S的数控铣床改造的毕业设计终于结束了。以前从未接触过西门子802S的数控系统，因此在设计中存在着很多考虑不全的地方。在设计的过程中也存在着很多不明白的地方，但是通过查阅资料，以及在网上搜索相关资料，也能够找到一些解决的办法。
在论文即将完成之际，我想要感谢的人有很多，首先要感谢的就是我的指导老师。在做毕业设计的时候，张强老师都会给我很多帮做，包括题目的确定，如何写开题报告；在我有问题的时候都能给我指导，帮助我解决疑难问题。如果没有指导教师的的督促指导，想要完成这个设计是难以想象的。其次，我要感谢的是我的同学，作为同学的我们选择了同一个课题，当我遇到问题的时候她能够帮助我。并且一起讨论，这在某种程度上对能够顺利的完成毕业设计起到一定的帮助作用。
最后我还要感谢所有曾教我知识、教我做人、给我帮助过的老师和朋友们。
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参考文献
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[13]罗学科.《数控机床加工工艺、编程及操作实训》,北京:高等教育出版
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附录Ⅰ进给轴主轴使能控制
附图Ⅰ-1
x，y，z轴的使能控制。如果出现一个信号，当驱动器馈入模块端子64时，在一个
plc循环周期内允许每次由关至开转换一次扫描接通电流，信号通过端子接口使得三个进给轴使能控制，当在一个plc循环周期内由开至关闭电流时， 主轴使能自动取消。当驱动器馈入模块端子63时，在一个plc循环周期内由开关闭电流的过程中，进给轴和主轴停止。当进给轴的进给增加或者减少时，都会使驱动器使能控制。当进给轴保持不变，轴或者主轴信号停止但驱动器也是使能控制状态。
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附图Ⅰ-2
只使用限位开关，记录轴的移动方向。如果给一个信号，x轴只有一个硬件限位开关，
并且超程链生效，x轴正向限位，则x的运动方向为：1 +方向 ，0—方向。如果给一个信号，y轴只有一个硬件限位开关，并且超程链生效，y轴正向限位，则y轴的运动方向为：1 +方向 ，0—方向。如果给一个信号，z轴只有一个硬件限位开关，并且超程链生效，z轴正向限位，则z的运动方向为：1 +方向 ，0—方向 。
附图Ⅰ-3
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如果紧急停止链被激活，y轴和z轴正向限位在数控车床和铣床中，硬件限位链会被
激活，第一个轴运动。当z轴正向限位在数控车床和铣床中，硬件限位链会被激活，第二个轴运动。当三个轴的正向限位开关都没有发出时，在数控车床和铣床中第三个轴运动。当三个轴都有一个运动时，没有超程释放，则硬件限位链会很活跃。
附图Ⅰ-4
发送x+和x-进给是要通过NCK的第一轴限位开关的输入，为了退出限位开关,NCK
需要轴的移动方向，前限位开关闭合。假如只有一个控制信号由PLC继电器，并且有两个监控，正限位开关是该轴运动所需要的条件。给一个信号，紧急停止链信号没被激活，x轴只有一个硬件限位开关，x轴正向限位，则硬件限位开关为负，如果紧急停止链被激活，x轴只有一个硬件限位开关，x轴正向限位，硬件限位开关为正。X的运动方向1：+方向，0：—方向。
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附图Ⅰ-5
发送y+和y-进给是要通过NCK的第二轴限位开关的输入，为了退出限位开关,NCK
需要轴的移动方向，前限位开关闭合。假如只有一个控制信号由PLC继电器，并且有两个监控，正限位开关是该轴运动所需要的条件。在数控的车削和铣削中，紧急停止链信号没被激活，y轴只有一个硬件限位开关，y轴正向限位，则硬件限位开关为负，如果紧急停止链被激活，y轴只有一个硬件限位开关，y轴正向限位，硬件限位开关为正。Y的运动方向1：+方向，0：—方向。
附图Ⅰ-6
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发送z+和z-进给是要通过NCK的第三轴限位开关的输入，为了退出限位开关,NCK
需要轴的移动方向，前限位开关闭合。假如只有一个控制信号由PLC继电器，并且有两个监控，正限位开关是该轴运动所需要的条件。给一个信号，紧急停止链信号没被激活，z轴只有一个硬件限位开关，z轴正向限位，则硬件限位开关为负，如果紧急停止链被激活，z轴只有一个硬件限位开关，z轴正向限位，硬件限位开关为正。Z的运动方向1：+方向，0：—方向。
附图Ⅰ-7
硬件限位开关复位的条件，对于紧急链没有释放，没有上升沿信号，对于普通的单
人或双人交换机硬件限位开关没有上升沿信号。紧急停止链被激活 ，没有超程释放信号，会重置一个信号，紧急停止链信号没被激活，没有超程释放信号，会重置一个信号 。 当重置信号后，x轴只有一个硬件限位开关，x轴负向限位，则硬件限位开关为负， x轴正向限位，则硬件限位开关为正。y轴只有一个硬件限位开关，y轴负向限位，则硬件限位开关为负，y轴正向限位，则硬件限位开关为正。。z轴只有一个硬件限位开关，z轴负向限位，则硬件限位开关为负，z轴正向限位，则硬件限位开关为正。
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附图Ⅰ-8
进给倍率禁止在ref模式下进行。在调试802c检查t72口，从NCK通道发出信号在
ref模式下进行。第一个轴没有调有效参考点逼近，在一个plc循环周期内允许每次由关至开转换一次扫描接通电流，硬件限位开关不会活跃，第二个轴没有调有效参考点逼近，硬件限位开关不会活跃，第三个轴没有调有效参考点逼近，硬件限位开关不会活跃。在一个plc循环周期内允许每次由开至关转换一次扫描接通电流，各轴没有调有效参考点逼近，硬件限位开关也不会活跃。
附图Ⅰ-9
发送x y z轴的参考点凸轮信号给NCKx y z各接口。给一个信号，触发x轴参考点
开关，就会回x轴的参考点，同理y轴，z轴也是一样的过程。
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附图Ⅰ-10
没有紧急的情况电机制动控制的条件是位置控制有效，抱闸制动输出。当制动释放
驱动器优化时，抱闸开关打开，抱闸制动输出。当制动释放驱动器优化时，抱闸制动输出的过程中，抱闸已经释放。
附图Ⅰ-11
如果电机制动启用xyz轴的脉冲监控功能，仅用于步进电机，当激活xyz轴旋转监控时，如果检测到的量的脉冲超出所定义的量，即一个丝杠螺距，系统会自动报警，按下数控重置键重新设定，接着进行旋转轴监视活动，当步进驱动器监视有效时，必须返回参考点。
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附录Ⅱ802S主轴起停程序分析
执行主轴正，反转启动命令：
系统执行M03指令时，NCK将PLC的接口变量V20051000。3置位（PLC子程序中符号名为P-C-M03），执行M04时将V25001000。4置位（PLC子程序中符号名为P-C-M04）。由于接口变量V20051000。3和V25001000。4中的信号在一个扫描周期内有效。根据V25001000。3和V25001000。4有效相对应的标志位（变量符号是Static-M03和Static-M04）置位，以保存NCK发来的命令。对Static-M03置位，同时对Static-M04置位；反之亦然。Static-M34或Static-M04被置位，表示PLC接收了一个待执行的主轴命令主轴处于待命状态。
附图Ⅱ-1
（1）主轴处于待命状态
a）与主轴启动有关的标志有效，例如夹紧装置已夹紧。当条件满足时，PLC子程序中将局部变量SP-EN置位。
b）主轴制动信号无效。主轴制动信号控制制动装置对主轴制动，制动过程延时结束后复位。在单级主轴中，这个信号不需要输出。这是因为，主轴变频器一般具有制动功能。但是为保证主轴制动结束，在PLC子程序中，依然使用该标志（符号名是SP-B-CMD，地址为M型布尔变量）。
c）主轴驱动器伺服使能。该信号来自主轴变频驱动器。伺服使能信号存储在轴接口信号V38030002.1中。
当以上三个条件均满足时，主轴处于待命状态，可以执行主轴启动命令。
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附图Ⅱ-2
在PLC子程序中，用标志M03-M04或M04-M03表示该条件。当M03已激活，待执行M04，则将M3-M4置位。如果系统执行M03，但当前主轴激活了M04并输出反转信号，要求停止和制动主轴，待制动结束后，待执行M03指令有效。
附图Ⅱ-3
（2）主轴指令有效
（a）待执行的启动指令M03，M04有效条件：
在非JOG模式（自动或EDA模式）下，如果执行，且系统未执行指令。则执行M03为有效；反之如果执行M04指令，且系统M03未激活，则执行M04为有效（在
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PLC子程序中用局部变量-CCW-）表示。
附图Ⅱ-4
（b）由面板按键产生的主轴启动指令有效条件：
在JOG模式下，当按下主轴正转或反转键，且当前主轴反转指令或正传指令未激活，则按键指令处于有效状态。 （3）激活指令
当主轴处于待命状态，且执行启动指令有效，通过置位相应标志，激活主号轴指令。程序中，当激活M03时，使M04激活标志复位；反之亦然。
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附图Ⅱ-5
主轴制动过程
在PLC子程序中，当主轴制动信号有效时，启动延时器定时，同时输出主轴制动信号到机床，当定是时间到，复位主轴制动信号标志，并复位M3-M4或M4-M3。 主轴制动信号产生条件需满足下列之一：
（a）在自动模式或EDA模式下，PLC接收到NCK发来的指令，或在JOG模式下按下MCP面板主轴停止键，且M03或M04指令已被激活，则在该状态上升沿将主轴制动标志置位。当产生主轴制动信号时，同时复位PLC行指令标志（Static-M03和Static-M04）。
（b）当前激活指令和待执行指令方向不同时（M3-M4或M4-M3被置位信号上升沿），也将主轴制动标志置位。
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附图Ⅱ-6
主轴停止命令输出
附图Ⅱ-7
主轴制动命令输出
附图Ⅱ-8
主轴制动定时器
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附图Ⅱ-9
主轴制动定时到
附图Ⅱ-10
激活指令输出
输出条件是指令已激活，且主轴处于待命状态，输出起动信号。注意这里不用PLC置位指令。一旦主轴待命状态失效，立即终止输出信号。
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