数控系统电器连接与调试实验.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流数控系统电器连接与调试实验.精品文档.实验一 数控车床结构与传动认识实验 一、实验目的 （ 1 ）、通过对数控车床整机的观察，初步建立认识数控机床的一般方法。 （ 2 ）、通过对数控车床主要部件结构的观察分析，认识数控机床的布局、典型结构及数控车床主要部件的功能及工作运动。 （ 3 ）、了解机床主轴传动系统和进给传动系统的组成及特点。 二、实验内容 （ 1 ）、认识机床的主要组成部分，熟悉机床的操纵系统。 （ 2 ）、了解机床的工艺范围及其主要技术规格。 （ 3 ）、了解数控机床的布局，基本组成及其功用。观察机床主要部件结构。 （ 4 ）、了

2、解液压系统在数控车床中的应用。 三、实验仪器与设备 （ 1 ）、数控车床、数控系统综合实验台 （ 2 ）、外圆车刀、镗孔刀、外螺纹车刀等刀具。 四、实验步骤 （ 1 ）、观察数控车床整机。了解数控车床的控制系统、床身组件、主轴箱、床鞍、刀架、尾座及防护罩等组成部件。 （ 2 ）、认识主轴箱，观察主传动组成，分析工作原理及控制方式。观察其内部构造，主轴锥孔锥度、轴承的安装位置等，分析结构特点。 （ 3 ）、认识 X 、 Z 向运动部件，观察进给传动的组成，分析工作原理及控制方式。观察进给机构丝杠丝母副的结构和工作特点，判断丝杠丝母副的循环方式，观察机床导轨副的结构和工作特点。 （ 4 ）、认识回

3、转刀架，了解使用方法，分析工作原理。 （ 5 ）、认识尾座，了解使用方法，分析工作原理。 （ 6 ）、观察数控车床中的液压系统，认识它在数控车床中的功能。 （ 7 ）、观察典型零件的加工。 五、注意事项 （ 1 ）、要注意人身及设备的安全。关闭电源后，方可观察机床内部结构。 （ 2 ）、操作应符合基本操作规范。 （ 3 ）、实验完毕后，要注意清理现场，清洁机床，对机床的主轴、导轨、丝杠丝母副及时润滑。 六、思考题及讨论题 （ 1 ）、数控机床与普通机床在性能上有什么不同？ （ 2 ）、数控机床为了保证达到高性能在结构上采取了哪些措施？ （ 3 ）、与普通车床比较，数控车床在结构上有哪些特点？

4、（ 4 ）、分析数控车床刀架换刀的工作原理。 （ 5 ）、数控车床日常使用维护项目。 七、参考文献 李宏胜 机床数控技术及应用 实验二 加工中心结构与传动认识实验 一、实验目的 （ 1 ）、通过对 XH714 加工中心整机的观察，认识机床的布局、基本组成、结构及其功用。认识机床坐标系，系统操作面板，学会基本操作。 （ 2 ）、通过对加工中心刀库结构及换刀动作的观察，理解刀库的基本型式及换刀原理。 （ 3 ）、了解加工中心主轴传动系统的构造特点。了解加工中心主轴上刀具的夹紧机构的工作原理，掌握拉刀机构的维修维护要点。 （ 4 ）、了解加工中心进给传动系统的构造特点。了解机床导轨副及机床回转工作台

5、的结构特点。 （ 5 ）、了解的加工中心的加工对象及其用途。 二、实验内容 （ 1 ）、观察 XH714 型加工中心整机结构及操作面板，了解加工中心的布局，基本组成及其功用。 （ 2 ）、观察 XH714 加工中心的刀库结构及换刀动作。认识主轴准停的目的，了解其控制方式。 （ 3 ）、观察加工中心主轴上刀具的夹紧机构的动作。 （ 4 ）、观察机床回转工作台的动作。 （ 5 ）、了解液压系统在加工中心的作用。 （ 6 ）观察加工中心的基本操作及加工。 三、实验仪器与设备 （ 1 ）、加工中心 （ 2 ）、立铣刀等刀具。 四、实验步骤 （ 1 ）、观察机床主要组成部分。分析其布局形式及结构特点。

6、（ 2 ）、认识加工中心坐标系，观察各运动部件的运动正向。 （ 3 ）、认识刀库结构，观察换刀动作。分析换刀的工作原理及控制方式。 （ 4 ）、认识刀具夹紧机构的组成，观察刀具夹紧和松开的动作。分析加工中心刀具夹紧机构的工作原理。 （ 5 ）、观察教师操作步骤，学会基本操作。 五、注意事项 （ 1 ）、要注意人身及设备的安全。关闭电源后，方可观察机床内部结构。 （ 2 ）、操作应符合基本操作规范。 （ 3 ）、实验完毕后，要注意清理现场，清洁机床，对机床的主轴、导轨、丝杠丝母副及时润滑。 六、思考题及讨论题 （ 1 ）、 XH714 加工中心的刀库是何类型？简述换刀过程。分析刀具在交换时掉刀的

7、原因是什么？如何排除故障？ （ 2 ）、分析主轴夹刀机构的工作原理。 （ 3 ）、试分析加工中心刀具不能夹紧的故障原因并提出排除方法。 （ 4 ）、加工中心日常使用维护项目。 七、参考文献 李宏胜 机床数控技术及应用 实验三、 数控系统、电器连接与调试实验 一、实验目的 （ 1 ）、熟悉机床数控系统的各组成部件之间的接口。 （ 2 ）、了解数控系统常用部件的原理及作用。 （ 3 ）、读懂电气原理图，可以按电气原理图进行数控系统各部件间的连接。 （ 4 ）、掌握数控系统的调试及运行方法。 二、实验仪器与设备 （ 1 ）、 HED-21S 数控系统综合实验台一套 （ 2 ）、专用连接线一套 （ 3

8、 ）、万用表一只 （ 4 ）、扳子、起子等工具一套 三、实验内容与步骤 1 、数控系统的连接 （ 1 ）、电源回路的连接。 、参照图一连接数控系统电源回路，注意不要连接其它电气设备。接完线后仔细复查，确保接线的正确。 图一数控系统电气原理图 、断开所有的空气开关，接入三相 AC380V 电源，用万有表测量 QF1 进线端的电压是否为 380V. 、合上 QF1 ，测量 TC1 的初级线圈、次级线圈和 QF2 的进线端电压，测量整流电路输出端的电压（应为 +35V 左右）。 、合上 QF2 ，测量 QF2 输出端和 TC2 初级线圈、次级线圈的电压。 、合上 QF4 ，这时开关电源 VC1 的指

9、示灯亮，测量开关电源 VC1 的输出电压（应为 +24 ）。 断开所有的空气开关，断开 380V 电源。 （ 2 ）、数控系统继电和输入、输出开关量连接。 、参照图二、图三连接数控系统的继电器和接触器。 图二、数控系统电气原理图（继电器部分） 图三、数控系统电气原理图（继电器板图） 、参照图四连接数控系统的输入开关量。 、参照图三、图五连接数控系统的输出开关量。 数控装置 XS10 接口 图四、数控系统电气原理图（输入开关量） 图五、数控系统电气原理图（输出开关量） （ 3 ）数控装置和手摇单元的连接。 参照图六连接数控装置和手摇单元。 图六数控系统电气原理图（手摇单元）图七数控装置与光栅尺的

10、连接 参照图七连接数控装置和光栅尺。 （ 4 ）数控装置和变频主轴的连接。 参照图八连接主轴变频器和主轴电动机强电电缆。 图八数控系统电气原理图（主轴单元） 连接数控装置和主轴变频器信号线。 确保地线可靠，且正确地连接。 (5) 数控装置和步进电动机驱动器的连接。 参照图九连接步进电动机驱动器和步进电动机。 连接步进电动机驱动器的电源。 连接数控装置和步进电动机驱动器。 确保地线可靠且正确地接地。 (6) 数控装置和交流伺服的连接。 图九数控系统电气原理图（步进驱动单元） 参照图十连接交流伺服单元和交流伺服电动机的强电电缆和码盘信号线。 连接交流伺服单元的电源。 连接数控装置和交流伺服单元的信

11、号线。 确保地线可靠且正确地接地。 (7) 数控系统刀架电动机的连接。 参照图十一连接刀架电动机。 2. 数控系统的调试 EDIT MAKEPLC. BAT( 回车） 建立一个批处理文件 TEST.BAT ，其内容如下： copy PLCTEST.CLD plc.cld 回车） mack_fplc( 回车） copy PLCTEST.COM del *.obj del del nlc.cld 然后运行 TEST （ 即可）。如编译过程不报错误，则编译成功；否则，查编译错误。 编译成功后，须在 DOS 提示符下输人： C:HNC-21EDIT NCBIOS.CFG( 回车） 将其中一行的“ pl

12、c- ”换成“ PLCTEST.COM ，完成后在 DOS 提示符下输人： C:HNC-21N / 进入数控系统 C:HNC-21PLCmakeplc plctest.cld （如编译过程不报错误，则编译成功；否则，查编译错误。） 编译成功后，须在 DOS 提示符下输人： C:HNC-21EDIT NCBIOS.CFG( 回车） 将其中一行的“ plc- ”换成“ PLCTEST. COM, 完成后在 DOS 提示符下输人： C:HNC-21N( 回车） / 进人数控系统 此时即可按上述逻辑进行操作。观察最终结果是否实现上述逻辑关系。 注意：实验完成后，应将 ncbios.cfg 中的内容还原

13、。 根据以上操作自行用 C 语言编程，用华中数控系统内置式 PLC 实现如图 2 所示线路逻辑操作： 图 2 编程实例 X1.3 采用乒乓开关输人低电平（即系统称为 100) 实现逻辑操作，而 KA6 、 KA5 在 HC5301-R 输出继电器板上。 (2) PLC 调试。 检查操作面板上的各个按钮，检验开关量输人信号、系统动作、外部逻辑电路的动作是否正确。例如，按下换刀按钮，该按钮灯应该点亮，并且刀架电机的交流接触器应该动作。 逐个在开关量输人信号中人为接入限位信号（一般为 X0.0 X0.3 ，即 10 13) ，检验该信号能否使系统产生急停动作，并正确显示报警信息。例如，接入 X0.0

14、 系统应该报警显示： X 轴正极限报警。 让各坐标轴返回参考点，人为接入回参考点信号，检验各坐标轴能否完成回参考点动作，以及回参考点动作是否正确。 正确连接各个坐标轴的限位开关与回参考点信号，人为控制限位开关与参考点开关，重复上述两部分内容，检验开关的有效性。 检验当输入各报警开关量输人信号时，系统能否正确产生系统报警信息或用户在 PLC 程序中定义的外部报警信息，并执行相应的动作。例如，主轴报警信号有效时，主轴和自动加工程序应该停止。 检查由继电器控制的接触器等开关是否动作，若没有动作，则检查连线。 检查执行单元，包括步进电动机、伺服电动机、主轴电动机等。 五、实验总结 (1) 可编程控制器

15、有哪些类型？ (2) 可编程控制器有哪些编程语言？各自的特点是什么？ (3) 简述华中数控内置式 PLC 的结构及原理。 (4) 简述华中数控 PLC 程序的编写及编译。 (5) 简述车床标准 PLC 系统的配置。 (6) 简述 PLC 调试的内容和方法。 六、实验报告 (1) 分别用梯形图、指令语句表编程，实现图 1, 图 2 所示的控制逻辑。 (2 ）用 C 语言编程，用华中数控系统内置式 PLC 实现图 2 所示的控制逻辑。 实验六、交流伺服系统的构成、调整及使用 一、实验目的与要求 (1) 熟悉交流伺服系统的构成以及伺服电动机、驱动器、数控系统的互连。 (2) 掌握交流伺服电动机及驱动

16、器的控制特性。 (3) 了解交流伺服系统的动态特性及其参数调整方法。 二、实验仪器与设备 (1)MSMA022AIA 型交流伺服电动机一台。 (2)MSDA023AlA 型伺服驱动器一台。 (3) 华中世纪星数控系统 (HNC-21TF ）一套。 (4)X-Y 轴工作台一套。 (5) 负载试验台一套。 (6) 双通道储存示波器一台。 (7) 音频信号发生器一台。 三、实验内容 1. 主回路接线 按图 1 连接（或检查） r,t 及 L1,LZ,L3 与电源的接线；连接（或检查）伺服驱动器 U 、 V 、 W 与伺服电动机 A 、 B 、 C 之间的接线；连接（或检查）伺服电动机位置传感器与伺服

17、驱动器的连接电缆（见图 2 ）；连接（或检查）伺服 ON 控制线及开关。 图 1 主回路接线图 2. 空载下试运行电动机 (1) 松开伺服电动机与负载之间的联轴器，接通伺服驱动器的电源，按“ Panasonic 交流伺服电动机驱动器 MINAS-A 系列使用说明书”中 PAGE-51 的步骤，先设置用户参数为“出厂设定”，用 JOG 模式试运行电动机。接通驱动器电源后，初始显示“ r -0 ” ；按 MODE 键及 键，显示“ AF-JOG ” ；按 SET 键后，再按住 键直到出现“ ready ” ；按住 键直到出现“ Srv_on ”。按 键，电动机逆时针方向旋转；按 键，电动机顺时针方

18、向旋转，其速率由 PA57 参数来确定。 (2) 按照伺服驱动器的控制前面板所示的操作方法，将控制方式设置为“速度控制方式”（ PA02=1) ，给定方式设置为“内部给定”（ PA05=1 ），速度给定值设置为“ 100r/min ”（ PA53=100 ），然后将参数保存到 EEPROM 中（按 MODE 键，直至显示 EEPROM 写人模式；按 SET 键，再按住 键直到出现“ Finish ”，断开电源约 30s 后接通电源，使写入的内容生效）。在确认没有报警或异常情况后，接通伺服功能（伺服 ON ）闭合，这时伺服电动机应在给定转速下运转。在当前监视器模式下，显示伺服电动机的实际转速。

19、(3) 将伺服驱动器的控制前面板设置转换至参数设置模式，修改转速给定值 (PA53) ；再按 SET 键生效后，伺服电动机应在新给定转速下运转。记录给定转速及实际转速，计算转速误差，填入表 1 。 表 1 空载转速误差 给定转速 /(r/min) 实际转速 /(r/min) 误差计算 /(%) 3 测试交流伺服电动机的转速动态响应特性 (l) 将伺服驱动器的速度监视输出接口 SP 及 G （在控制系统前面板显示器下方）连接至数字存储示波器通道 1 ，接通伺服驱动器电源，将给定转速设置为 0r/min （ PA53 0 ）；然后接通伺服 ON （这时伺服电动机不转动（或处于低速漂移状态），修改给

20、定转速，将其设置为 1000r/min （ PA53 1000 ），再按 SET 键使设置生效。这时，伺服电动机应从静止状态加速至给定转速，由数字存储示波器捕获这个加速过程，并显示、存储下来；再将给定转速设置为 0r/min （ PA53 0 ），按 SET 键使设置生效，这时伺服电动机应从运转状态制动至静止状态，同样由数字存储示波器记录这个制动过程。读取主要数据填入表 2 中（上升时间，从 0.1 至 0.9 稳态值的时间；超调量最大峰值一稳态值；稳定时间，从时刻 O 开始至幅值进入 0.95 1.05 稳态值范围内的时间）。 (2) 修改速度环增益（ PA11 ）、速度环积分时间常数（ P

21、A12 ），以及改变转子上的转动惯量后，重复上述启动、制动过程，观察速度响应特性的变化；取定某一转动惯量（如 10 倍转子惯量），通过改变 PA11 及 PA12 ，使响应特性的超调变小、响应加快。现设定参数 PA21=2 ， PA22 6 。 表 2 交流伺服电动机转速动态响应特性 序号 速度环增益 /Hz 速度环积分时间常数 /ms 上升时间 /s 超调量 /(%) 稳定时间 /s 1 2 3 4 (3) 记录并比较增益调整前后速度响应特性的差别，列出最佳的速度环增益及速度环积分时间常数。记录数据，填入表 3 中。 表 3 最佳垢速度环增益和速度环积分时间常数 项目 常规自动增益调节 实时

22、自动增益调节 速度环增益 /Hz 速度环积分时间常数 /ms 4 测试交流伺服电动机的频带宽度 （ l ）接通伺服驱动器电源，将给定方式设置为“外部给定”（ PA05 O ），将速度指令输人增益设置为“ 300rpm V ”（ PA50 300 ）；然后将参数保存至 EEPROM 中，并断开驱动器电源。 （ 2 ）将正弦波频率发生器的输出电压幅值调至 0.1V （频率范围为 O 500Hz ），预先将频率调至 1Hz ；把正弦波发生器的输出电压连接至伺服驱动器的速度指令输人端口（ CN1 14 ），接地端连接至（ CN1 15 ），同时也将该输出电压接至示波器的通道 1 ；将伺服驱动器的速度监

23、视输出端口 SP 及 G （在控制系统前面板显示器下方）连接至示波器的通道 2 。 （ 3 ）接通伺服驱动器电源，确认没有报警或异常情况后，接通伺服 ON ，这时伺服应以 1Hz 的频率正（反）转（我们可从示波器上观察给定的速度和伺服电动机的实际速度之间的差别：两者在相位上接近同相，转速的幅值因计算系数不等而不同）。逐渐升高正弦波发生器的输出频率，并保持其幅值为 0.1V ，记录电动机转速的幅值及其与给定转速信号的相位差，直至相位差达到 /2 ；记录此时的频率，作为速度环的频带宽度。记录相关数据，填入表 4 中。 5 测试交流伺服电动机的稳速误差 （ 1 ）接通伺服驱动器电源，将给定方式设置为

24、“内部给定”（ PA05 1 ），将给定转速设置为“ 3000r min ”（额定转速），即 PA53 3000 ，然后保存参数到 EEPROM 中，断开伺服驱动器电源。 表 4 交流伺服电动机频带宽度 输入信号频率 /Hz 输出信号幅值 /V 相位差 /( ) （ 2 ）将伺服电动机与负载联轴器连接起来，接通伺服驱动器电源后，再接通伺服 ON ，打开监视器模式；选择转矩项（ dp_Lrp ），按 SET 键，显示伺服电动机输出转矩百分数；逐渐增加电动机的负载转矩至（ L 100.0 ）额定转矩（ L 100 ，即 100 ），再转换至显示速度项，读取伺服电动机的实际转速。调整主电源的输入电压

25、至 110 （即 220V ），保持负载转矩不变，记录伺服电动机的实际转速；再将主电源输入电压调至 85 （即 170V ），保持负载转矩不变，记录伺服电动机的实际转速。 （ 3 ）计算电压变化时伺服电动机的稳速误差 n ： n （实际转速一额定转速）额定转速 X100 将相关数据填入表 5 中。 表 5 交流伺服电动机的稳速误差 项目 110% 额定电压（ 220V ） 85% 额定电压（ 170V ） 伺服电动机实际转速 /(r/min) 稳速误差 /(%) 6 、测试位置闭环下伺服电动机的稳态刚度 （ 1 ）接通伺服驱动器电源，将控制方式设置为“位置控制方式”（ PA02=0 ），然后保

26、存参数到 EEPROM ，断开伺服驱动器电源。 （ 2 ）连接伺服电动机输出轴与负载联轴器。接通伺服驱动器电源后，再接通伺服 ON ，这时伺服电动机静止不动，处于定位状态。 （ 3 ）将转矩监视器信号输出端口 IM 及 G （控制系统前面板显示器下方）接至示波器或万用表电压挡，打开监视器模式，选择位置偏差项（ dp_Eps ）；按 SET 键，显示出位置偏差值（以脉冲数表示）。用手在联轴器上施加扭矩，使转矩达到额定转矩，即 IM 输出到 3V ，记录该时刻的位置偏差值 Ps1 ；断开伺服 ON 和伺服驱动器电源，将伺服电动机输出轴转动约 120 后，接通伺服驱动器电源和伺服 ON ，对转子轴施

27、加额定转矩，记录其位置偏差值 Ps2 ；断开伺服 ON 及伺服驱动器电源，转子轴再经过约 120 ，重复上述步骤，记录下位置偏差值 Ps3 。静态刚度按下式计算： 静态刚度 = 额定转矩（ N m ）最大位置偏差值（弧度） 将相关数据填入表 6 中。 表 6 交流伺服电动机的稳态刚度 项目 位置 1 位置 2 位置 3 位置偏差 /( 脉冲数 ) 稳态刚度 /( N m( ) ) 7 、位置控制方式运行的测试 将伺服驱动器与数控系统连接起来，接线如图 2 所示；按表 7 和表 8 分别对数控系统的轴参数和硬件参数进行设置，修改伺服驱动器的参数设置， PA02=0 为“位置控制方式”；再由数控系

28、统发送控制轴的运转指令，把伺服驱动器置于监视器模式，分别读取电动机转速 (dp_spd) 及位置 (dp_Eps) 偏差。逐渐改变指令速度，记录电动机转速和位置偏差。提高伺服驱动器的位置环增益 (PAl0 参数 ) ，观察速度和位置偏差的变化 ( 增益设定愈高，定位时间愈快，但增益太高，将会发生位置超调 ) 。将相关数据填入表 9 和表 10 中。 图 2 HNC-21 采用脉冲接口与伺服驱动器的连接图 表 7 坐标轴参敷 伺服驱动器型号 45 伺服驱动器部件号 0 位置环开环增益 0 位置环前馈系数 0 速度环比例系数 0 速度环积分时间常数 0 最大力矩值 0 额定力矩值 0 最大跟踪误差 0 60000 电动机每转脉冲数 2500 伺服内部参数 0 6 0 表 8 硬件配置参数 参数名 型号 标识 地址 配置 0 配置 1 部件 0 5301 45 0 00100000( 二进制 ) 0 表 9 位置环增益 1 进给速度 (m min) 位置误差 mm 表 10 位置环增益 2 进给速度 (m min) 位置误差 mm 五、实验总结 (1) 描述永磁式同步交流伺服系统控制的原理。 (2)