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第1章 SINUMERIK 810D/840D数控系统1

1.1 概述1

1.2 810D数控系统4

1.2.1 系统特点4

1.2.2 系统配置5

1.3 810D系统接口及连接6

1.3.1 CCU模块接口6

1.3.2 CCU模块控制开关11

1.3.3 CCU模块LED显示12

1.3.4 810D系统连接13

1.4 840D数控系统15

1.4.1 系统特点15

1.4.2 系统配置16

1.5 840D系统接口及连接17

1.5.1 NCU模块接口17

1.5.2 NCU模块控制开关19

1.5.3 NCU模块LED显示20

1.5.4 840D系统连接21

1.5.5 电池风扇组件22

1.6 系统软硬件故障22

1.6.1 系统硬件故障23

1.6.2 系统软件故障24

1.7 机床工作电压24

第2章 操作部件及其接口26

2.1 机床操作面板及其接口26

2.1.1 操作面板OP03126

2.1.2 操作面板OP010C27

2.2 操作面板控制单元28

2.2.1 控制单元MMC100.228

2.2.2 控制单元MMC10330

2.2.3 控制单元PCU2031

2.2.4 控制单元PCU5033

2.3 机床控制面板35

2.4 手持单元38

2.4.1 B-MPI型手持单元38

2.4.2 MINI型手持单元39

2.5 操作部件标准接口40

2.6 连接部件44

2.6.1 电缆分配盒44

2.6.2 分线盒45

2.7 MPI总线地址及连接规则47

2.7.1 MPI总线地址分配47

2.7.2 MPI总线连接规则48

2.8 操作部件的连接49

2.8.1 B-MPI型手持单元连接49

2.8.2 MINI型手持单元连接50

2.8.3 机床操作面板连接51

2.9 操作方式故障52

2.9.1 手动操作方式故障52

2.9.2 自动工作方式故障53

2.9.3 典型故障示例53

第3章 SIMODRIVE 611D驱动系统55

3.1 驱动系统概述55

3.2 驱动系统的前端部件57

3.2.1 电抗器57

3.2.2 电源滤波器57

3.2.3 前端部件及系统接线连接58

3.3 驱动系统专用模块60

3.3.1 电容模块60

3.3.2 脉冲电阻模块61

3.3.3 监控模块61

3.3.4 过压限制模块62

3.4 电源模块63

3.4.1 电源模块工作原理64

3.4.2 电源模块接口端子66

3.4.3 电源模块的连接69

3.4.4 电源模块S1开关设置70

3.4.5 电源模块故障监测功能72

3.5 驱动模块75

3.5.1 驱动模块接口75

3.5.2 驱动模块的连接78

3.5.3 驱动模块的监控与保护81

3.6 驱动系统故障诊断与检测82

3.6.1 驱动系统常见故障82

3.6.2 驱动系统故障维修示例83

第4章 驱动系统设置与优化86

4.1 基础知识86

4.1.1 驱动系统优化的基本概念86

4.1.2 驱动系统的闭环控制87

4.1.3 时域中的阶跃响应89

4.1.4 频域中的波特图90

4.2 驱动数据设置92

4.2.1 电流环数据设置92

4.2.2 速度环数据设置96

4.2.3 位置环数据设置98

4.3 驱动系统自动优化99

4.3.1 设定自动优化参数99

4.3.2 自动优化操作101

4.4 调节器在时域中的优化102

4.4.1 速度调节器103

4.4.2 位置调节器105

4.5 调节器在频域中的优化108

4.5.1 电流调节器108

4.5.2 速度调节器109

4.5.3 位置调节器111

第5章 驱动电机与测量部件113

5.1 电机工作制113

5.2 进给伺服电机115

5.2.1 进给伺服电机的特性115

5.2.2 进给伺服电机的工作原理117

5.2.3 直线进给伺服电机118

5.3 常用进给伺服电机120

5.3.1 西门子进给伺服电机120

5.3.2 进给伺服电机接口122

5.3.3 进给伺服电机连接方式124

5.4 主轴电机125

5.5 旋转型光电编码器128

5.5.1 旋转型光电编码器及其组成128

5.5.2 旋转型光电编码器工作原理129

5.5.3 旋转型光电编码器整形与细分130

5.5.4 西门子旋转型光电编码器131

5.5.5 光电编码器的安装与调整133

5.5.6 旋转型光电编码器的维护与保养136

5.6 光栅尺136

5.6.1 光栅尺工作原理137

5.6.2 常用光栅尺138

5.6.3 光栅尺的维护与保养138

5.7 故障维修示例139

第6章 机床数据设置与参考点调整142

6.1 机床数据142

6.1.1 机床数据分类142

6.1.2 机床数据格式143

6.1.3 机床数据类型144

6.1.4 机床数据属性144

6.2 机床数据保护级及显示过滤器145

6.2.1 机床数据保护级145

6.2.2 机床数据显示过滤器146

6.2.3 机床数据的生效方式147

6.3 机床数据的调整148

6.3.1 机床数据的检索148

6.3.2 机床数据的调整方法149

6.3.3 机床数据文件功能150

6.3.4 机床数据修改注意事项150

6.4 常用机床数据151

6.4.1 操作面板机床数据151

6.4.2 通用机床数据152

6.4.3 通道机床数据153

6.4.4 轴类机床数据154

6.4.5 机床设定数据158

6.5 参考点调整160

6.5.1 参考点机床数据161

6.5.2 增量式旋转测量系统返参考点162

6.5.3 带距离编码的线性测量系统返参考点165

6.5.4 绝对式测量系统参考点调整167

6.5.5 参考点常见故障168

6.5.6 参考点典型故障维修示例169

第7章 机床轴配置171

7.1 机床轴的配置方法171

7.1.1 机床轴的定义171

7.1.2 轴配置规则172

7.1.3 轴驱动配置174

7.2 设定值与实际值配置177

7.3 轴的调整179

7.3.1 主轴调整179

7.3.2 进给轴调整183

7.3.3 轴屏蔽184

7.3.4 控制环的切换184

7.4 测量系统配置185

7.4.1 测量系统配置方法185

7.4.2 增量式测量系统参数化配置186

7.4.3 绝对式测量系统参数化配置189

第8章 机床数据备份与回装190

8.1 数据文件190

8.1.1 数据备份必要性190

8.1.2 数据文件的类型191

8.1.3 数据文件的格式191

8.2 数据备份形式及内容192

8.2.1 系列数据备份193

8.2.2 分区数据备份194

8.2.3 数据备份目标194

8.3 常用通信软件195

8.3.1 PCIN通信软件195

8.3.2 WINPCIN通信软件197

8.3.3 RS232C电缆198

8.4 系统上的通信接口设置199

8.4.1 MMC100.2/PCU20上的RS232C接口设置199

8.4.2 MMC102/MMC103/PCU50上的RS232C接口设置201

8.4.3 机床操作面板与PC通信连接201

8.5 数据备份202

8.5.1 MMC100.2/PCU20数据备份202

8.5.2 MMC102/MMC103/PCU50数据备份204

8.5.3 数据备份到硬盘205

8.6 数据的回装206

8.6.1 NC总清和PLC总清206

8.6.2 通过RS232C回装系列备份数据207

8.6.3 从硬盘上回装系列备份数据207

8.6.4 分区备份数据的回装208

第9章 系统监控与报警209

9.1 轴监控209

9.1.1 轴控制信息210

9.1.2 轴状态信息212

9.2 驱动监控212

9.2.1 驱动控制信息213

9.2.2 驱动状态信息213

9.3 误差监控215

9.3.1 轮廓监控216

9.3.2 位置监控217

9.3.3 速度监控218

9.3.4 编码器监控220

9.3.5 夹紧监控220

9.3.6 系统监控故障示例220

9.4 工作区域监控222

9.4.1 软限位222

9.4.2 工作区域限制223

9.5 诊断操作区域223

9.6 常见自诊断报警及处理方法225

9.6.1 NCK一般故障报警226

9.6.2 NCK通道及轴报警228

9.6.3 驱动系统报警231

9.7 电池报警234

9.7.1 810D后备电池更换234

9.7.2 840D后备电池更换235

9.7.3 MMC后备电池更换236

第10章 误差补偿237

10.1 反向间隙误差补偿237

10.2 螺距误差补偿239

10.3 温度补偿242

10.4 垂度补偿246

10.5 跟随误差补偿249

10.5.1 速度前馈控制249

10.5.2 转矩前馈控制250

10.6 摩擦补偿252

10.6.1 圆度测试252

10.6.2 摩擦补偿方法254

第11章 数控PLC程序结构及数据接口258

11.1 数控PLC程序258

11.1.1 PLC程序组成258

11.1.2 PLC程序结构259

11.2 组织块OB260

11.3 系统功能块SFB及系统功能SFC262

11.4 功能块FB和功能FC263

11.4.1 功能块FB263

11.4.2 功能FC269

11.5 共享数据块DB273

11.6 PLC与NCK接口信号274

11.7 常用接口信号277

11.7.1 机床控制面板（MCP）信号277

11.7.2 PLC信息280

11.7.3 NCK/MMC信号282

11.7.4 方式组信号283

11.7.5 操作面板信号284

11.7.6 NCK通道信号286

11.7.7 进给轴／主轴信号289

第12章 常用S7-300编程指令293

12.1 PLC编程基础293

12.1.1 编程语言293

12.1.2 数据类型295

12.1.3 存储器组成296

12.2 基本逻辑指令298

12.2.1 触点和线圈298

12.2.2 位指令298

12.2.3 逻辑运算指令300

12.3 定时器302

12.4 计数器305

12.5 运算指令308

12.5.1 算术运算指令308

12.5.2 比较指令309

12.5.3 整数与BCD码转换指令309

12.5.4 移位指令310

12.6 逻辑控制和传送指令311

12.6.1 逻辑控制指令311

12.6.2 传送指令313

12.7 NC设置编程应用314

12.8 常用语句指令表集317

第13章 SIMATIC管理器323

13.1 概述323

13.1.1 SIMATIC管理器简介323

13.1.2 项目结构324

13.1.3 项目设计流程324

13.2 机床PLC项目设计325

13.2.1 创建一个项目325

13.2.2 硬件组态325

13.2.3 创建STEP7程序328

13.3 PLC梯形图编辑330

13.3.1 标题和注释330

13.3.2 放置梯形图元素330

13.3.3 编辑程序段及修改梯形图元素331

13.3.4 符号表与变量表332

13.4 PLC程序的上传与下载334

13.4.1 计算机与系统的连接335

13.4.2 设置PG/PC接口336

13.4.3 在线与离线状态337

13.4.4 PLC程序的上传337

13.4.5 PLC程序的下载339

13.5 S7-PLCSIM仿真340

13.5.1 PLCSIM功能341

13.5.2 模拟仿真实现方法342

第14章 PLC组成及其软硬件状态诊断345

14.1 概述345

14.1.1 S7-300 PLC特点345

14.1.2 S7-300 PLC组成346

14.1.3 PLC工作过程347

14.2 PS、CPU及IM模块348

14.2.1 电源模块PS348

14.2.2 CPU模块349

14.2.3 接口模块IM351

14.3 数字量I/O模块352

14.3.1 数字量输入模块352

14.3.2 数字量输出模块354

14.3.3 数字量输入／输出模块355

14.4 单I/O模块EFP356

14.5 数控PLC及其作用359

14.5.1 数控PLC的特点359

14.5.2 数控PLC的作用361

14.6 数控系统PLC状态诊断362

14.7 PLC系统硬件诊断364

14.8 PLC程序在线诊断366

14.8.1 PLC程序在线故障诊断367

14.8.2 PLC程序在线诊断方法367

14.8.3 利用交叉表查找变量368

14.8.4 在线监控变量371

14.8.5 PLC强制启动373

第15章 机床典型PLC控制374

15.1 驱动系统使能控制374

15.1.1 使能控制原理374

15.1.2 驱动使能常见故障377

15.2 急停控制377

15.3 机床的限位379

15.4 转塔刀架控制381

15.4.1 转塔刀架的工作原理381

15.4.2 转塔刀架的程序控制383

15.4.3 转塔刀架的维修387

15.5 主轴控制388

15.5.1 主轴速度控制389

15.5.2 主轴的换挡控制390

15.5.3 主轴常见故障393

15.6 刀具冷却控制395

15.6.1 刀具冷却控制原理395

15.6.2 刀具冷却系统常见故障396

15.7 润滑控制396

15.7.1 润滑控制原理396

15.7.2 润滑系统常见故障398

15.8 液压系统的控制399

15.8.1 液压控制原理399

15.8.2 液压系统常见故障400

参考文献402