西门子CPU 6ES7 211-1BE40-0XB0安装调试

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为了便于编码器测速和反馈给控制器CNC4320，主动和被动转轴的齿轮比例都是按照1：1来设计的，这样编码器的测速就是主轴马达的转速也是主轴的转速，不用考虑倍率的问题。
主轴是用来固定工件，带动其旋转以便于加工的器件，其实物图如下图1.1.5所示。

图1.1.5 主轴实物图
1—主轴孔 2—主轴挡板 3—夹具

主轴孔是可以用主轴扳手手动夹紧工件的内螺纹。因为我们介绍的是众为兴公司用于试验检测的车床，所以在主轴挡板位置没有实际挡板，这样便于观察主轴运行。夹具，顾名思义，用来夹紧工件的机械装置。为了防止刀架工作台过渡右移以至脱离导轨[4]，在导轨上还有一个装置叫尾座。这里的车床因为是试验检测用哟，所以没有装尾座。

主轴转速控制方式：开关量控制、模拟电压控制，主轴转速开关量控制。执行 S1～S4，S 信号 2 档（S1～S2）/4 档（S1～S4）开关量输出。主轴转速模拟电压控制：执行 S0～S9999，输出 0～10V 电压控制主轴转速支持四档主轴自动换档（M41～M44）主轴转速倍率：50％～120％八级实时调节G96 恒线速控制（S 给定切削线速度值，单位：米/分）G97 取消恒线速控制（S 给定主轴转速，单位：转/分）

主轴控制系统对应的控制指令有： M03、M04、M05
指令格式：
M03或M3
M04或M4；
M05或 M5。

指令功能：
M03：主轴正转；
M04：主轴反转；
M05：主轴停止。

系统上电后，M05输出有效。在M05输出有效时，执行M03或M04，M03或M04输出有效并保持，同时取消M05的输出（输出无效）；M03或M04输出有效时，执行M05，取消M03或M04的输出，M05输出有效并保持。

当诊断参数DGN.089、DGN.090（主轴制动输出时间）不为0时，执行M05，输出主轴制动SPZD脉冲信号（非保持输出）；主轴制动输出时间设置为0时，执行M05，不输出主轴制动SPZD脉冲信号。M03（或M04）输出有效时，执行M04（或M03）将产生报警。

1.2刀架控制系统结构和原理

数控刀架是数控车床的关键配套件，为数控车床三大功能部件之一。通过它来实现数控车床刀具的自动切换。任何系列，各种型号的数控刀架均采用端齿盘作为刀架定位元件。通过电机或活塞驱动各种传动机构变换刀具位置，由传感器将刀架工位号反馈给数控系统来完成刀具的正确切换。

刀架控制系统由九大原件组成：控制器、变压器、整流板、驱动器、步进电机、丝杠、刀架电机、刀架台、继电器。其中驱动器我们将有下一章节驱动控制系统着重介绍，继电器将在辅助控制系统中介绍，这一章我们着重介绍步进电机、丝杠整流板在刀架控制系统中的作用。

刀架控制原理图如图1.2.1所示：

图1.2.1 刀架控制原理图

步进电机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Step motor或Stepping motor、Stepper，等等。就传统的步进电动机来说，步进电动机可以简单地定义为，根据输入的脉冲信号，每改变一次励磁状态就前进一定角度（或长度），若不改变励磁状态则保持一定位置而静止的电动机。从广义上讲，步进电动机是一种受电脉冲信号控制的无刷式直流电动机，也可看作是在一定频率范围内转速与控制脉冲频率同步的同步电动机。

这里使用的是二相混合式步进电机，利用位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不长期积累的特点，组成结构简单又具有一定精度的开环控制系统，即刀架控制系统驱动的执行部分。实物图如图1.2.2所示

图1.2.2 步进电机实物图

整流板是用来将交流电进行整流，变成直流电以提供给驱动器使用，其原理为桥式整流电路原理，原理图如图1.2.3所示：

图1.2.3 桥式整流电路原理图

桥式整流电路的工作原理如下：e2 为正半周时，对D1 、D3 和方向电压，Dl，D3 导通；对D2 、D4 加反向电压，D2 、D4 截止。电路中构成e2 、Dl、Rfz 、D3 通电回路，在Rfz ，上形成上正下负的半波整洗电压，e2 为负半周时，对D2 、D4 加正向电压，D2 、D4 导通；对D1 、D3 加反向电压，D1 、D3 截止。电路中构成e2 、D2 Rfz 、D4 通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。

其工作时的电流流向，实物图如图1.2.4所示：

图1.2.4 桥式整流电路工作时的电流流向，实物图

滚珠丝杠是相对于原来的T形螺纹丝杠而言的。其原理就是转动变平动，丝杠转动。螺纹带动滚珠轴承在杆上滑动。跟丝杠的原理差不多，只是加上滚珠而已。原来丝杠螺纹副转动时摩擦比较剧烈，在内螺纹与外螺纹之间加上滚珠后，就变为滚动摩擦，改善摩擦条件，从而使摩擦阻力减小为原来的1/50。从而也可使其达到高速运转.笔者看到一份资料显示现在高的丝杠允许速度达到了200m/min.直追直线电机，，是由日本生产，其原理大致是在螺帽和丝杠之间放入滚珠，然后在螺帽上加入返向器,使滚珠在里循环滚动。

其实物图如图所示：

图1.2.5 滚珠丝杠实物图
这里步进电机带动滚珠丝杠旋转，对刀架台X，Z相位置进行**定位，实现工件的**加工。控制器中有关刀架控制系统的指令主要有T指令，其指令格式如下：

指令功能：自动刀架换刀到目标刀具号刀位，并按指令的刀具偏置号对应的刀具偏置执行刀具长度补偿。 刀具偏置号可以和刀具号相同，也可以不同，即一把刀具可以对应多个偏置号。对应刀具偏 置号为 00 的刀具偏置为 X=0、Z=0，系统为无刀具补偿状态，即：系统的坐标偏移为 0（未 进行坐标偏移）。在执行了刀具长度补偿后，执行 T□□00，系统将按当前的刀具偏置反向 偏移系统坐标，系统由已执行刀具长度补偿状态改变为未补偿状态，显示的刀具偏置号为 00 这个过程称为取消刀具长度补偿，简称：取消刀补。如：T0101表示选择1号刀并执行1号刀偏；T0102表示选择1号刀并执行2号刀偏；T0301表示选择3号刀并执行1号刀偏。

1.3 驱动控制系统结构和原理

相信大家在看了上一章节的刀架控制系统后一定会注意到这样的一个器件：驱动器。这就是我们这一章节重点介绍的驱动控制系统的一个主要元器件。驱动器可以将控制器输入的低电压转化为步进电机需要的高电压输出，它的作用是接收控制器CNC4320的控制指令即脉冲信号驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。

驱动器Q2BYG2245AM的实物图如图1.3.1所示。

图1.3.1 驱动器的正视和俯视实物图

驱动控制系统的原理图如图1.3.2所示。

图1.3.2 驱动控制系统的原理图

CNC4320控制器有关驱动器的指令有很多部分如下表1.3-a。

表1.3-a

其实大部分指令都与驱动器有关，因为是它驱动刀架台在X，Z 轴的前后左右的运动。

1.4辅助控制系统结构和原理

整个车床控制系统的内部结构如上所述，但是任何的机器都会有过热，过渡磨损的情况，车床一旦过渡磨损就会降低其加工精度，甚至提前报废，同样车床一旦过热，就会烧坏元器件，降低其加工精度，严重的，也会导致其提前退役。为了保证车床的正常运转,减少磨损,延长使用寿命,提高加工精度，普遍的做法是当其过热时，给它喷洒上冷却机油，当它过渡磨损时，给它注入润滑油。这些在车床控制系统中都是由控制器自动控制的，这就是这章的重点：辅助控制系统。

辅助控制系统原理图如下图1.4.1所示：

图1.4.1 辅助控制系统原理图

辅助控制系统由4个部分组成：控制器CNC4320，冷却液喷头，针阀滴油油杯，继电器。

继电器是这一章中着重介绍的辅助控制系统的重要元器件。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

其实物图如图1.4.2所示。

图1.4.2 继电器前视与后视图
1—常闭触电 2—接入点 3—常开触电 4 —电磁铁电源接线柱

此种电磁式继电器原理是：它一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

CNC4320通过继电器控制冷却液喷头/针阀滴油油杯的开与关自动实现电机的冷却与润滑。

控制器中有关辅助控制系统的指令有1.7 冷却液控制 M08、M09

指令格式：
M08 或 M8；
M09 或 M9；

指令功能：
M08：冷却泵开；
M09：冷却泵关。

系统上电后，M09 有效，即 M08 输出无效。执行 M08，M08 输出有效，冷却泵开；执行 M09，取消M08 输出，冷却泵关。
1.10 润滑液控制 M32、M33

指令格式：
M32；M33；

指令功能：
M32：润滑泵开；
M33：润滑泵关。

系统上电后，M33有效，即 M32 输出无效。执行 M32，M32 输出有效，润滑泵开；执行M33，取消M32输出，润滑泵关。

车床控制系统的整个控制系统的电路原理图如图1.4.3所示：

图1.4.3 控制系统的电路原理图

1.5 指令与功能实现

车床控制系统中的控制器CNC4320的界面如下图1.5.1所示：

图1.5.1 CNC4320的界面
1—键盘 2—菜单 3—控制面板

其机床面板上面的按键的含义如表1.5-a所示：

表1.5-a 机床面板上面的按键的含义

下面是加工举例如下：
加工下图1.5.2所示工件，棒料尺寸为Φ135×178 mm 。

图1.5.1.1 工件坐标系

用 4 把刀加工，具体如下

1.5.1 案例

根据机械加工工艺及本说明书的指令解释，建立图1.5.1.1 所示的工件坐标系，编辑程序如下：

1.6 结论

ADT-CNC4320两轴运动控制器成功的实现了对于车床的高精度控制，性能良好的控制器+性能良好的步进驱动器+性能良好的步进电机使得整个系统性能优良，所以每一个部分对于系统性能同样重要。控制器当然对于这个车床控制系统来说是为重要的，它是系统的核心，稳定性和精度较高的控制器才能满足现代化生产的需要。通过USB接口可以传输文件，程序给CNC4320，这样使得我们可以在PC机上利用专门的CAM或者CAD软件事先编号程序，并且转化为NC代码，然后再传输到控制器上运行，也可以在控制器上即兴编程，比传统的数控设备方便的多。

ADT-CNC4320运动控制器在生产实践中得到广泛的应用，经过实践，该车床系统在很大程度上提高了车床的生产效率