1数控综合实验平台设计

数控综合实验平台以机床XK0820为机械本体，控制系统选用西门子802D，配以Sinumerik611U系列伺服驱动装置，1FK6进给伺服电机及 1PH7主轴电机。在此基础上可设计多个专门的实验板模块以及电气控制柜，组成数控综合实验平台。实验板上装置了伺服驱动模块，I/O信号模块，模拟刀库模块和故障设置模块;该实验平台用到的低压电气元件及电路安装在电气控制柜中，包括电源配置电路，保护电路等。该平台具有数控铣床的功能，可以用于数控编程，操作和分布式数控DNC加工实习。更重要的是，它采用了模块化设计，具有良好的开放性，适用于数控机床调试，维修实验，实训及考核。

1)数控装置模块该实验平台的控制核心采用西门子普及型系统802D，具有较高的性价比。计算机数控装置CNC与显示器集成为一体，安装方便。数控装置的前面可以插PCMCIA卡，用于数据存储。该系统可控制4个伺服轴及1个主轴，数控装置和伺服驱动模块之间采用PROFIBUS总线连接[2]。数控装置与各部件的连接如图2所示。

2)伺服驱动模块与802D配套的伺服驱动装置是Simodrive611UE系列，包括电源模块和功率模块。电源模块所需电源的标准设定为三相400V10，即驱动系统可在360V到440V范围内正常工作。功率模块可以选用单轴或双轴模块。进给轴采用1FK7系列伺服电机，主轴采用1PH7系列主轴电机，具有较高的性价比。伺服驱动模块没有放在电气控制柜中，而是安装在实验板上，并将各使能信号及编码器信号在实验板上预留测量插孔，便于理解伺服驱动模块的通，断电过程，便于测量各信号的状态。

3)I/O模块手轮及机床侧信号首先连接至分线器，经分线器与PP72 /48单元的X111/X222/X333连接，如图2所示。机床侧信号包括机床上的行程开关，霍尔开关，压力传感器，机床操作面板信号等。在数控机床的常见故障中，机床侧的故障率较高，在综合实验平台的设计中。把机床侧的主要信号在实验平台的I/O信号模块预留了接插孔，方便接线及测量信号状态，便于查找机床故障原因。

4)模拟刀库模块机械本体不带刀库，为了增加实验平台的功能，设计了模拟刀库模块，用以模拟加工中心的自动换刀功能。模拟刀库模块的控制信号及控制过程与实际盘式刀库完全一致，在实验过程中，可以利用模拟刀库模块调试自动换刀PLC程序，节约成本。

5)故障设置模块故障设置模块用于在实验或考核过程中人为设置故障。操作人员可以手动操作故障设置模块上的各故障开关，设置不同的故障。故障设置模块也可以和计算机相连，通过专用的计算机软件设置故障，实验台上可以实时显示当前故障点的数量。

6)电气控制框电源是数控系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它失效或出现故障的直接结果是造成系统的停机甚至毁坏整个系统。图3所示是该实验平台的电源配置原理图。图中各元器件安装于电气控制柜的网状电气底板上，便于拆装，更换，适合进行数控机床电气安装调试的相关实验和实训。

2实验项目设计

数控综合实验平台建立了基于西门子802D数控系统和611U伺服驱动装置的柔性实验平台，该实验平台可开设如下几类实验项目。

(1)数控机床的组成平台采用了开放式，模块化的结构，便于学生了解数控机床的组成，各部分的作用及相互关系。

(2)数控机床操作，编程，加工平台具有数控加工中心的所有功能，可以用于操作，编程，加工，DNC等实验和实训。

(3)认识常用低压电气元件　平台上应用了多种常用低压电气元件，自动空气开关，接触器，继电器，熔断器，行程开关，霍尔开关和按钮等。学生可以对各元器件在数控机床上的作用和使用方法有直观的了解。

(4)数控机床电气控制系统组成平台提供了主要的电气原理图，各部分的相互关系一目了然。

各接口和端子之间的走线清晰，便于了解机床电气控制系统的组成及特点。

(5)电气控制线路安装根据图纸选用元器件，在可更换网状电气底板上安装电气元件，接线和调试。

(6)数控系统参数设置通过平台了解数控系统主要参数的意义及设置方法。

(7)数控机床PLC程序分析和调试。PLC程序的分析和调试是数控系统维修的重要基础，通过在线监控PLC梯形图和PLC信号状态分析程序的执行过程，有助于对数控机床控制过程的理解。

(8)典型PLC程序设计和调试。例如分析换刀控制过程，明确控制信号，设计换刀控制PLC程序，并在模拟刀库模块上进行调试。

(9)伺服系统调整了解伺服系统的分类和组成，掌握交流伺服系统的调试方法。

(10)CNC的数据备份与恢复掌握通过PCMCIA卡备份和恢复数据的方法，掌握通过RS232接口和PC机通讯的方法。并掌握常用工具软件的使用。

(11)数控机床的故障诊断与维修通过故障设置模块设置故障，进行故障诊断与维修能力的训练。

3结语

我们开发了基于西门子802D数控系统的数控综合实验平台，该平台可以支撑/数控原理0，/机床电气与PLC0，/伺服系统0，/数控系统0和/数控机床故障诊断与维修0等课程实验，还有课程设计，项目教学和现场教学。相关专业学生的毕业设计也可以在该平台上实施。该平台在教学，培训和考核过程中取得了良好效果，也为教师以及技术人员进一步研究西门子数控系统的强大功能提供了科研平台。