1 SINUMERIK 数控系统的基本原理

数控系统的基本原理、组成与RS-SY-802CBL操作编程 RS-SY-802CBL数控机床综合实验系统实验指导书

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。

数控系统

输入/输出 设备 数控装置 进给伺服单元 测量装置 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。

进给驱动装置 电气回路 辅助装置 操作面板 PLC 主轴单元 主轴驱动装置 机 床 本 体

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（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

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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

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X1电源接口 主轴编码器信号 X10手轮接口 X20高速接口 X100-X105开关量输入信号 X200-X201开关量输出信号 LED显示灯 急停开关 X3/X4/X5测量接口 F1保险丝 X7驱动接口 X2 RS232 通讯接口 S1设定开关 接地螺钉

图4数控系统接口布局

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（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）

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软菜单键 加工显示 返回键 菜单扩展键 区域转换键 光标向上键 上档：向上翻页键 光标向左键 删除键（退格键） 数字键 上挡键转换对应字符 字母键 上挡键转换对应字符 空格键（插入键） 光标向下键 上档：向下翻页键 光标向右键 上挡键 回车/输入键 选择/转换键 报警应答键 垂直菜单键 机床操作面板区域（右侧） 复位键 数控停止键 数控启动键 用户定义键 带LED灯 用户定义键 不带LED灯 增量选择键 点动键 Y轴点动键 Z轴点动键 轴进给正 带LED灯 轴进给100% 不带LED灯 X轴点动键 快速运行叠加 主轴停键

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回参考点键 自动方式键 单段运行键 手动运行键 主轴正转

屏幕划分

轴进给负 带LED灯 主轴进给正 带LED灯 主轴进给100% 不带LED灯 主轴进给负 带LED灯 主轴反转 图中元素 缩略图 MA PA PR DI DG STOP RUN RESET JOG 含义 加工 参数 程序 通讯 诊断 程序停止 程序运行 程序复位 点动方式

（1）当前操作区域 （2）程序状态 （3）运行方式

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MDA AUTO SKP DRY （4）状态显示 ROV SBL M1 PRT 1_1000 INC （11）软键 （12）垂直菜单 （13）进给轴速度培率 （14）齿轮级 （15）主轴速度倍率 手动输入，自动执行 自动方式 程序段跳跃，跳步的程序段在其段号之前用一斜线表示，这些程序段在程序运行时跳过不执行 空运行,轴在运行时将执行设定数据“空运行进给率”中规定的进给值 （5）操作信息 （6）程序名 （7）报警显示行 （8）工作窗口 （9）返回键 （10）扩展键 快速修调，修调开关对于快速进给也生效 单段运行 程序停止 程序测试（无指令给驱动） 步进增量 在有在NC或PLC报警时才显示报警信息 工作窗口和NC显示 软键菜单中出现此符号表明存在上一级菜单 出现此符号表明同级菜单中存在其他扩展菜单 出现此符号时表明存在其他菜单功能 在此显示当前进给轴的速度倍率 在此显示主轴当前的齿轮级 在此显示当前进给轴的速度倍率 数控编程指令表 地址 含义 赋值 刀具刀D 0-9整数，不带符号 补号 F 进给率 G功能（准备功能字） 0.001-99999.999 说明 用于某个刀具T的补偿值 D? 编程 刀具/工件的进给速度，对应G94或G95，单位为毫米/分钟F? 或毫米/转 G功能按G功能组划分 G? G0X?Y?Z? G1X?Y?Z?F? G2X?Y?I?K?F?;圆心和终点 G2X?Y?CR=?F?;半径和终点 G2AR=?I?J?F?;张角和圆心 G2AR=?X?Y?F?;张角和圆心 G3??;同G2 G5 G G0 G1 已事先规定 快速移动 直线插补 G2 顺时针圆弧插补 1:运动指令 (插补方式) 模态有效 G3 G5 逆时针圆弧插补 中间点圆弧插补

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G33 恒螺距的螺纹切削 G331 不带补偿夹具切削内螺纹 G332 G4 G63 G74 G75 G158 G258 G259 G25 G26 G17 G18 G19 G40 G41 G41 G500 G54 G55 G56 G57 G53 G60 G64 G9 G601 G601 G70 不带补偿夹具切削内螺纹—退刀 暂停时间 带补偿夹具切削内螺纹 回参考点 回固定点 可编程的偏置 可编程的旋转 3:写存储器,非模态 附加可编程旋转 主轴转速下限 主轴转速上限 X/Y平面 Z/X平面 Y/Z平面 刀尖半径补偿的取消 调用刀尖半径补偿，刀具在轮廓左侧移动 调用刀尖半径补偿，刀具在轮廓右侧移动 取消可设置零点偏置 第一可设置零点偏置 第二可设置零点偏置 第三可设置零点偏置 第四可设置零点偏置 2:特殊运行,非模态 X?Y?Z?IX=?JY=?KZ=?F? S?M?;主轴转速 G33 Z?K?;在Z向带补偿夹具攻丝 SPOS=?;主轴处于位置调节状态 G331 Z?K?S?; 在Z向不带补偿夹具攻丝,右旋螺纹或左旋螺纹通过螺距的符号确定: +: 同M3 -: 同M4 G331?;同G331 G4 F?或G4 S?;自身程序段 G63 Z? F?S?M? G74 X?Y?Z?; 自身程序段 G75 X?Y?Z?; 自身程序段 G158 X?Y?Z?; 自身程序段 G258 RPL?;在G17到G19平面中旋转,自身程序段 G259 RPL?;在G17到G19平面中附加旋转,自身程序段 G25S?; 自身程序段 G26S?; 自身程序段 G17?所在平面的垂直轴为刀具长度补偿轴 6:平面选择,模态有效 7:刀尖半径补偿,摸态有效 8: 可设定零点偏置,模态有 效 9:取消可设置零点偏置段方按程序段方式取消可设定零点偏置 式 准确定位 10:定位性能模态有效 连续路径方式 11:程序段方式准停段方式有准确定位，单程序段有效 效 在G60，G9方式下准确定位，精 12:准停窗口,模态有效 在G60，G9方式下准确定位，粗 英制尺寸 13:英制/公制尺寸,模态有效

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公制尺寸 绝对尺寸 14:绝对尺寸/增量尺寸,模态 有效 增量尺寸 进给率F，单位毫米/分 15:进给/主轴,模态有效 主轴进给率F，单位毫米/转 在圆弧段进给补偿开 16:进给补偿,模态有效 进给补偿“关” 圆弧过渡 18:刀尖半径补偿时拐角特 性,模态有效 等距线的交点 ±0.001 X轴尺寸，在G2和G3中为圆I 插补参数 ?99999.999,螺纹: 中心坐标；在G33、G331和 0.001?200000.000 G332中表示螺距大小 ±0.001 Y轴尺寸，在G2和G3中为圆J 插补参数 ?99999.999,螺纹: 中心坐标；在G33、G331和 0.001?200000.000 G332中表示螺距大小 ±0.001 Y轴尺寸，在G2和G3中为圆K 插补参数 ?99999.999,螺纹: 中心坐标；在G33、G331和 0.001?200000.000 G332中表示螺距大小 子程序名及子7位十进制整数,无L L．。。 程序调用 符号 M 辅助功能 0?99整数,无符号 用于进行开关操作 M．。。 用M0停止程序的执行：按“启M0 程序停止 动”键加工继续执行 与M0一样，但仅在“条件停M1 程序有条件停止 止（M1）有效功能被软键或接 口信号触发后才生效 M2 程序停止 在程序的最后一段被写入 M30 M17 M3 主轴顺时针旋转 M4 主轴逆时针旋转 M5 主轴停 在机床数据有效时，用M6更M6 更换刀具 换刀具 M40 自动变速齿轮级 M4到齿轮级1到齿轮级5 M45 M70 这些M功能没有定义，可由机M? 其他的M功能 床生产厂家定义 副程序段 0-99999999整数，与程序段段号一起标识程序，N 主程序段 无符号 N位于程序段开始 子程序调用次1-9999整数，无符在同一程序段中多次调用子P 数 号 程序 R0到R99可以自由使用，R100R0到±0.0000001 计算参数 到R249作为加工循环中传送R249 -99999999 参数 计算功除了+ - * /四则运算外还具 能 有以下计算功能 SIN() 正弦 单位度 G71 G90 G91 G94 G95 G901 G900 G450 G451

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COS() TAN() SQRT() ABS() TRUNC() 代替M2使用，保证路径连续RET 子程序结束 运行 S 主轴转速 0.001-99999.999 主轴转速单位是转/分 T 刀具号 1-32000整数 可以用T指令直接更换刀具 X 坐标号 ±0.001-99999.999 位移信息 Y 坐标号 ±0.001-99999.999 位移信息 Z 坐标号 ±0.001-99999.999 位移信息 AR 圆弧插补张角 0.00001-99999.999 在两个轮廓之间插入给定长CHF 倒角 0.001-99999.99 度的倒角 0.010-99999.99大CR 圆弧插补半径 于半圆的圆弧带负在G2/G3中确定圆弧 号“-” 与跳转标志符一起，表示跳转GOTOB 向后跳转指令 到所表标志的程序段，跳转方向向前 与跳转标志符一起，表示跳转GOTOF 向前跳转指令 到所表标志的程序段，跳转方向向后 IF 跳转条件 有条件跳转 X轴尺寸，用于中间点圆弧插IX 中间点坐标 补G5 Y轴尺寸，用于中间点圆弧插JY 中间点坐标 补G5 Z轴尺寸，用于中间点圆弧插KZ 中间点坐标 补G5 用一个独立的程序段调用标LCYC 调用标准循环 准循环，传送参数必须赋值 R101：退回平面（绝对） R102：安全平面 钻削，端面鍃LCYC82 R103：参考平面（绝对） 孔 R104：最后钻深 R105：在此钻削深度停留时间 R101：退回平面（绝对） R102：安全平面 R103：参考平面（绝对） R104：最后钻深 R105：在此钻削深度停留时间 R107：钻削进给率 LCYC83 深孔钻削 R108：首钻进给率 R109：在起始点和排削时停留时间 R110：首钻深度（绝对） R111：递减量 R127：加工方式： 余弦 正切 平方根 绝对值 取整 单位度 单位度

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LCYC840 带补偿夹具切削内螺纹 LCYC84 不带补偿夹具切削内螺纹 LCYC85 镗孔 LCYC60 线形孔排列 LCYC61 圆弧孔排列 LCYC75 铣凹槽和键槽 断削=0 退刀排削=1 R101：退回平面（绝对） R102：安全平面 R103：参考平面（绝对） R104：最后钻深 R106：螺纹导程值 R126：攻丝时主轴旋转方向 R101：退回平面（绝对） R102：安全平面 R103：参考平面（绝对） R104：最后钻深 R105：在螺纹终点处的停留时间 R106：螺纹导程值 R112：攻丝速度 R113：退刀速度 R101：退回平面（绝对） R102：安全平面 R103：参考平面（绝对） R104：最后钻深 R105：在此钻削深度停留时间 R107：钻削进给率 R108：退刀时进给率 R115：钻孔或攻丝循环号值 R116：横坐标参考点 R117：纵坐标参考点 R118：第一孔到参考点的距离 R119：孔数 R120：平面中孔排列直线的角度 R121：孔间距离 R115：钻孔或攻丝循环号值 R116：圆弧圆心横坐标（绝对） R117：圆弧圆心纵坐标（绝对） R118：圆弧半径 R119：孔数 R120：起始角 R121：角增量 R101：退回平面（绝对） R102：安全距离 R103：参考平面（绝对） R104：凹槽深度 R116：凹槽圆心横坐标 R117：凹槽圆心纵坐标 R118：凹槽长度 R119：凹槽宽度 R120：拐角半径 R121：最大进刀深度 R122：深度进刀进给率 R123：表面加工的进给率

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RND 倒圆 在G258和RPL G259时的旋转角 在G33中螺纹SF 加工切入点 SPOS 主轴定位 R124：平面加工的精加工余量 R125：深度加工的精加工余量 R126：削铣方向值： 2用于G2 3用于G3 R127：铣削类型值 1用于粗加工 2用于精加工 在两个轮廓之间以给定的半径插入过渡圆弧 单位为度，表示在当前平面G17到G19中可编程旋转的角度 G33中螺纹切入角偏移量 单位是度，主轴在给定位置停止（主轴必须在作相应的设定） 特殊功能，只有在STOPRE之前的程序段结束以后才译码下一个程序段 整数D0到D9 整数T0-32000 整数T0-32000 STOPRE SP_T00L 停止解码 有效刀具切削沿 SP_T00L 有效刀具号 NO SP_T00L 最后编程的刀P 具号 四、实验内容

1.熟悉802CBL数控系统各个组成部件及其原理或作用。

2.了解802CBL数控系统各个组成部件之间的连接，认清各个信号线来源和去向。 3.了解西门子802CBL数控系统的基本操作。 4. 了解西门子802CBL数控系统的基本编程指令。 五、实验步骤：

1、回参考点操作步骤

a.开机选择回参考点方式 ，此时操作画面上显示为

b. 按住坐标方向键（按住不要松手，如果选择了错误的回参考点方向，则不会产生运动）当

c.当操作界面上的 变为 时，此坐标回到参考点，松开坐标方向键

d.依次按住其他坐标方向键,完成机床回参考点的操作

e.选择另一种运行方式(如MDA、ATUO或JOG）结束该功能

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2、创建新加工程序

a.选择“程序”操作区，显示程序目录 b.按动“新程序”键出现如下画面

c.输入程序名（字母），按“确认”键 d.输入新的加工程序 六、思考题：

1、802CBL循环有什么作用？

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ns4f.html