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第1章 数控编程与操作1

1.1 数控加工程序编制基础1

1.1.1 数控加工程序的编制1

1.1.2 数控程序代码2

1.1.3 数控程序指令字3

1.1.4 数控程序组成及格式6

1.1.5 机床坐标系7

1.1.6 SINUMERIK系统的R参数10

1.1.7 数控加工工艺12

1.2 西门子810D/840D基本功能19

1.2.1 零点偏置指令19

1.2.2 极坐标功能与极点定义指令（G110/G111/G112）23

1.2.3 刀具半径、长度补偿指令24

1.3 西门子810D/840D加工程序编制基础25

1.3.1 SINUMERIK程序格式25

1.3.2 旋转轴的绝对尺寸（DC/ACP/ACN）26

1.3.3 运动功能指令（G00/G01/G02/G03,CIP）27

1.3.4 螺旋线插补指令（G02/G03,TURN）29

1.3.5 基本指令综合编程应用29

1.4 西门子810D/840D R参数及子程序30

1.4.1 R参数及子程序概述30

1.4.2 R参数及子程序应用实例31

1.5 固定循环功能指令32

1.5.1 钻削循环CYCLE8132

1.5.2 钻削循环CYCLE8233

1.5.3 钻削循环CYCLE8333

1.5.4 刚性攻丝CYCLE8434

1.5.5 镗孔循环CYCLE85～CYCLE8935

1.5.6 线性排列孔的钻孔循环HOLES137

1.5.7 圆周排列孔的钻孔循环HOLES238

1.6 程序跳转及程序段重复功能39

1.6.1 程序跳转功能39

1.6.2 程序段重复（REPEAT/REPEATB）40

1.6.3 程序跳转及程序段重复应用实例42

1.7 SINUMERIK数控机床的操作44

1.7.1 操作面板简述44

1.7.2 机床开机操作47

1.7.3 设置参数48

1.7.4 手动操作52

1.7.5 数控程序处理53

1.7.6 自动加工55

1.7.7 检查运行轨迹56

1.8 实训 西门子810D/840D操作、程序编写56

1.8.1 实训内容56

1.8.2 实训步骤56

第2章 数控系统硬件构成61

2.1 SIEMENS 810D/840D数控单元61

2.1.1 SIEMENS 840D与NCU61

2.1.2 SIEMENS 810D与CCU63

2.2 SIEMENS 810D/840D数字驱动系统65

2.2.1 SIMODRIVE 611D驱动系统的组成65

2.2.2 电源模块67

2.2.3 611D数字驱动模块73

2.3 OP单元和MMC75

2.3.1 OP单元76

2.3.2 MMC77

2.3.3 PCU78

2.3.4 MCP79

2.4 MPI和OPI通信82

2.5 PLC模块84

2.6 伺服电机的特性及选型87

2.6.1 进给伺服电机87

2.6.2 主轴电机91

2.7 硬件连接94

2.8 实训一 熟悉数控系统硬件及接口97

2.8.1 实训内容97

2.8.2 实训步骤97

2.9 实训二 伺服单元使能控制97

2.9.1 实训内容97

2.9.2 实训步骤97

2.9.3 思考题98

第3章 系统数据备份和恢复99

3.1 WINPCIN软件的安装和使用99

3.2 系列数据备份101

3.2.1 V.24参数的设定101

3.2.2 PCU20的数据备份101

3.2.3 PCU50的数据备份103

3.3 分区备份103

3.3.1 PCU20分区备份103

3.3.2 PCU50分区备份103

3.4 数据的清除与恢复104

3.4.1 NC总清与PLC总清104

3.4.2 数据恢复104

3.5 实训一 启动数据备份105

3.5.1 实训内容105

3.5.2 实训设备105

3.5.3 实训步骤105

3.6 实训二 恢复试车数据107

3.6.1 实训内容107

3.6.2 实训设备108

3.6.3 实训步骤108

3.7 实训三 其他数据备份108

3.7.1 实训内容108

3.7.2 实训设备108

3.7.3 实训步骤108

第4章 数控系统机床数据109

4.1 数控系统机床数据的设置与调整方法109

4.1.1 机床数据保护等级109

4.1.2 设置和调整方法110

4.1.3 数据生效方式111

4.1.4 机床数据分类111

4.2 数控系统常用机床数据112

4.2.1 操作面板用机床数据112

4.2.2 通用机床数据115

4.2.3 基本通道机床数据118

4.2.4 轴类机床数据121

4.2.5 机床设定数据132

4.3 编码器的数据匹配134

4.4 实训 机床回参考点参数设置137

4.4.1 实训内容137

4.4.2 实训基础知识137

4.4.3 实训步骤140

4.4.4 思考题141

第5章 数控系统调试与优化142

5.1 机床轴的基本配置142

5.2 数控系统调试144

5.2.1 机床数据设定144

5.2.2 驱动数据设定144

5.3 利用IBN-TOOL软件进行驱动数据的配置145

5.4 驱动系统的数据设置158

5.4.1 电流环数据设置159

5.4.2 速度环数据设置160

5.4.3 位置环数据设置161

5.5 驱动系统的数据优化161

5.5.1 自动优化方法162

5.5.2 手动优化169

5.6 实训一 810D数控系统配置与调试174

5.6.1 实训内容174

5.6.2 实训步骤174

5.7 实训二 840D数控系统配置与调试176

5.7.1 实训内容176

5.7.2 实训步骤176

5.8 实训三 实际轴转换成虚拟轴177

5.8.1 实训内容177

5.8.2 实训步骤178

第6章 STEP 7编程软件的安装和使用179

6.1 STEP 7软件安装179

6.1.1 软硬件安装要求179

6.1.2 安装STEP 7软件179

6.1.3 安装STEP 7授权管理软件182

6.1.4 卸载182

6.1.5 SET PG/PC Interface通信接口设置界面182

6.2 S7-PLCSIM仿真软件184

6.2.1 PLCSIM简介184

6.2.2 PLCSIM使用185

6.2.3 下载程序及模块信息186

6.2.4 PLCSIM与真实PLC的差别187

6.3 SIMATIC Manager开发环境187

6.3.1 主界面187

6.3.2 HW Config硬件组态界面188

6.3.3 LAD/STL/FBD编程界面189

6.3.4 符号编辑器界面191

6.4 STEP 7项目创建193

6.4.1 使用向导创建项目193

6.4.2 直接创建项目195

6.5 硬件组态196

6.5.1 硬件组态的任务196

6.5.2 硬件组态的步骤196

6.6 实训 简单项目创建与硬件组态198

6.6.1 实训内容198

6.6.2 实训任务198

6.6.3 实训步骤199

第7章 STEP 7编程技术200

7.1 STEP 7中的块结构200

7.1.1 组织块OB200

7.1.2 功能（FC）和功能块（FB）202

7.1.3 SFC和SFB202

7.1.4 背景DI和共享DB202

7.2 STEP 7的数据类型202

7.2.1 基本数据类型203

7.2.2 复合数据类型204

7.2.3 参数数据类型205

7.3 STEP 7的CPU存储区和寻址方式205

7.3.1 CPU存储区205

7.3.2 寻址方式206

7.4 状态字和逻辑操作过程207

7.5 STEP 7的指令系统209

7.5.1 位逻辑指令209

7.5.2 计数器指令215

7.5.3 定时器指令218

7.5.4 装入和传送指令222

7.5.5 转换指令223

7.5.6 比较指令227

7.5.7 算术运算指令228

7.5.8 数据块指令229

7.5.9 逻辑控制指令231

7.5.10 主控继电器指令234

7.5.11 程序控制指令235

7.6 实训 抢答控制系统PLC程序设计236

7.6.1 实训内容236

7.6.2 实训任务236

7.6.3 实训步骤237

第8章 810D/840D数控系统的PLC调试238

8.1 810D/840D数控系统PLC特点238

8.2 PLC与编程设备的通信239

8.3 810D/840D PLC程序的块结构244

8.4 810D/840D PLC与NCK的接口信号247

8.5 电动刀架PLC与电气控制258

8.5.1 电动刀架结构与工作原理258

8.5.2 电动刀架电气控制设计259

8.5.3 电动刀架PLC控制程序设计260

8.6 实训一 SINUMERIK 810D 2AX+1SP PLC start-up266

8.6.1 实训内容266

8.6.2 实训步骤266

8.7 实训二 SINUMERIK 840D 2AX+1SP PLC start-up267

8.7.1 实训内容267

8.7.2 实训步骤267

第9章 误差补偿技术269

9.1 反向间隙补偿269

9.2 螺距误差补偿270

9.2.1 螺距误差补偿原理270

9.2.2 810D/840D螺距补偿涉及系统变量与机床参数271

9.2.3 810D/840D螺距补偿方法及步骤272

9.2.4 810D/840D螺距补偿应用273

9.3 垂度误差补偿274

9.3.1 840D数控系统垂度误差补偿原理274

9.3.2 垂度误差补偿涉及系统变量与机床参数275

9.3.3 840D数控系统垂度误差补偿步骤275

9.3.4 840D数控系统垂度误差补偿应用276

9.4 热变形误差补偿277

9.4.1 840D数控系统热变形补偿原理277

9.4.2 热变形补偿系统的软硬件设计279

9.5 跟随误差补偿281

9.5.1 速度前馈控制281

9.5.2 转矩前馈控制282

9.6 摩擦补偿282

9.6.1 摩擦补偿方法282

9.6.2 摩擦补偿的效果对比283

9.6.3 常规摩擦补偿功能的应用284

9.7 实训 螺距误差补偿286

9.7.1 实训内容286

9.7.2 实训步骤286

9.7.3 思考题287

第10章 数控系统的维护与保养288

10.1 数控系统的维护288

10.1.1 数控系统的使用检查288

10.1.2 数控系统的日常维护与保养289

10.2 机床电气控制系统检查290

10.3 驱动系统安装条件与内部冷却291

10.4 后备电池的更换293

10.4.1 810D系统CCU模块电池更换293

10.4.2 840D系统NCU模块电池更换294

10.4.3 操作部件电池更换294

参考文献295