华中数控综合实验台实验指导书.docx
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华中数控综合实验台实验指导书
华中数控综合实验台实验指导书
数控机床电气控制
实验指导书
张冉
唐山工业职业技术学院
实验一数控综合实验台的部件认识实验
一实验目的
1了解数控机床的加工过程控制原理
2认识数控综合实验台部件组成掌握各部分的主要作用
3理解数控机床电气控制系统的组成以及控制原理
二实验内容
认识HED-21S数控综合实验台的数控装置伺服系统电动刀架低压电器以及
其他组成部件
三仪器设备
HED-21S数控综合实验台一台
四实验步骤
1认识实验台的数控装置
型号世纪星HNC-21TF车床数控装置武汉华中数控股份有限公司
操作面板显示区NC键盘区机床控制面板区
作用数控机床的大脑发出控制信号
华中世纪星HNC-21数控装置的接口定义
XSl电源接口XS2外接PC键盘接XS3以太网接口XS4软驱接口XS5
RS232接口XS6扩展I/0板接口XS8手持单元接口XS9主轴控制接口
XSIOXS11输入开关量接口XS20XS21输出开关量接口XS30〜XS33模拟
式脉冲式含步进式进给轴控制接口XS40〜XS43串行式HSV—11型
伺服轴控制接口
若使用软驱单元则XS2XS3XS4XS5为软驱单元的转接口
2认识数控机床的输入输出装置
作为HNC-21数控装置XS1OXS11XS2OXS2接口的转接单元
实验台输入输出装置采用
HC5301-8输入接线端子板含有20位开关量输入端子
HC5301-F继电器板输出板16位开关量输出端子和急停两位与超程两位端子继电器板上集成了八个单刀单开继电器和两个双刀双开继电器其中8路开关量信号输出用于控制八个单刀单开继电器剩下8路开关量输出通过接线端子引出可用来控制器其它电器
3伺服系统
主轴伺服系统055KW三相交流异步电机日立SJ100-007HFE变频器半闭环
控制
X轴伺服系统深圳雷塞M535步进驱动器雷塞57HS13四相混合式步进电机开环控制
Z轴伺服系统三洋SANY0Q交流伺服驱动器MSMA022A1伺服电动机半闭环控制闭环控制
4数控机床上的低压电器
自动开关QF4个
接触器2个
继电器10个
行程开关6个
按钮
磁粉制动器1个
灭弧器3个
控制变压器1个AC380AC220VAC24V三相伺服变压器1个AC380AC200V开关电源AC220VDC24V
5其它部件的认识
电动刀架
精密十字工作台
光栅尺
五实验结果记录
HED-21S数控综合实验台部件清单
部件序号部件名称部件型号数量作用1
234
9
实验二数控综合实验台电气控制分析实验
一实验目的
1使学生掌握电气控制原理图的识别方法和步骤
2熟悉数控综合台各个组成部件的电气连接
3掌握电动刀架的刀位选择控制线路控制过程二实验内容
1按照数控综合实验台电气原理图检查数控系统的接线
2上电进行系统测试与调试
3以刀架刀位选择线路为重点分析其电气控制过程以及信号的传递过程同
时观察实验
三仪器设备
HED-21S数控综合实验台一台工具包综合实验台电气原理图册一本四实验步骤
1首先按照《数控综合实验台电气原理图》一一检查数控实验台的连线是否正确
1主电源电源回路的连接
2数控系统刀架电机的连接
3数控系统继电器和输入输出开关量控制接线的连接
4数控装置和手摇单元的连接
5数控装置和步进电机驱动器变频器交流伺服驱动器的连接
6工作台上的电机电源线反馈电缆及其其它控制信号线的连接电源部分
图1电源部分接线图继电器与输入输出开关量
图2继电器部分接线图
图3继电板部分接口
图4输入开关量接线图
图5输出开关量接线图数控装置与手摇单元和光栅尺
图6手摇单元接线图
图7数控装置与光栅尺连接数控装置与主轴的连接
图8数控装置与主轴连接
数控装置与步进驱动单元连接
图9数控装置与步进驱动单元的连接
数控装置与交流伺服单元的连接
图10数控系统与交流伺服单元的连接
数控系统刀架的连接
图11刀架电动部分
2数控系统的调试
在所有的连接正确后进行实验台的调试实验
1通电
按下急停按钮断开系统中所有空气开关
合上空气开关QF1
合上空气开关QF4
合上空气开关QF3
合上空气开关QF2
2系统功能检查
左旋并拔起操作台右上角的急停按钮使系统复位系统默认进入手动方式软件操作界面的工作方式变为手动
按住X或-X键指示灯亮X轴应产生正向或负向的连续移动松开X或-X键指示灯灭X轴即减速运动后停止以同样的操作方法使用Z一Z键可使Z轴产生正向或负向的连续移动
在手动工作方式下分别点动X轴Z轴使之压限位开关仔细观察它们是否能压
到限位开关若到位后压不到限位开关应立即停止点动若压到限位开关仔细观察轴是否立即停止运动软件操作界面是否出现急停报警这时一直按压超程解除按键使该轴向相反方向退出超程状态然后松开超程解除按键若显示屏上运行状态栏运行正常取代了出错表示恢复正常可以继续操作
检查完X轴z轴正负限位开关后以手动方式将工作台移回中间位置按一下回零键软件操作界面的工作方式变为回零按一下X和Z键检查X轴
Z轴是否回参考点回参考点后X和Z指示灯应点亮
在手动工作方式下按一下主轴正转键指示灯亮主轴电动机以参数设定的转速正转检查主轴电动机是否运转正常按住主轴停止键使主轴停止正转按一下主轴反转键指示灯亮主轴电动机以参数设定的转速反转检查主轴电动机是否运转正常按住主轴停止键使主轴停止反转
在手动工作方式下按一下刀号选择键选择所需的刀号再按一下刀位转换键转塔刀架应转动到所选的刀位
调入一个演示程序自动运行程序观察十字工作台的运行情况3电动刀架刀位选择控制回路的分析
在电气原理图中找出刀架电机的控制回路并进行简单分析得出KM1KM控制
电机的正反转并检查接触器的线圈主触点以及辅助触点的接线
在电气原理图上找出控制接触器线圈得失电得是KA4KA5并在综合实验台
上找出这两个继电器
查找电路图上控制KA4KA5的回路并在实验台上查找实物分析输出信号的来源
绘制刀架控制回路的信号传递总图
4刀架刀位选择线路的控制过程
按下刀位选择按键选择不同的刀号再按一下刀位转换按键观察KA4KA5的
指示灯KM1KM刀架的动作情况并记录
5关机
按下急停按钮
断开空气开关QF2
合上空气开关QF3
合上空气开关QF4
合上空气开关QF1
五实验结果记录
1记录上电后按下操作面板上控制按键时机床的动作情况
2绘制电动刀架电气原理图
3绘制电动刀架的信号传递总图
实验三数控综合实验台电气故障设置与分析实验
一实验目的
1使学生掌握电气控制原理图的识别方法和识图步骤
2熟悉数控综合台各个组成部件的电气连线
3掌握数控机床电气故障的设置与分析的方法
二实验内容
1按照数控综合实验台电气原理图检查数控系统的接线
2上电进行系统测试与调试
3在数控综合实验台上设置典型故障观察实验现象并分析故障原因得出重要的结论
4将实验台的连线恢复原样开机检查工作台是否能正常工作若能关机整理实验结果
三仪器设备
HED-21S数控综合实验台一台工具包综合实验台电气原理图册一本四实验步骤
1首先按照《数控综合实验台电气原理图》一一检查数控实验台的连线是否正确
1主电源电源回路的连接
2数控系统刀架电机的连接
3数控系统继电器和输入输出开关量控制接线的连接
4数控装置和手摇单元的连接
5数控装置和步进电机驱动器变频器交流伺服驱动器的连接
6工作台上的电机电源线反馈电缆及其它控制信号线的连接
2数控系统的调试
在所有的连接正确后进行实验台的调试实验
1通电
按下急停按钮断开系统中所有空气开关
合上空气开关QF1
合上空气开关QF4
合上空气开关QF3
合上空气开关QF2
2系统功能检查
拔起急停按钮系统复位
按压X-XZ-Z按键检查工作台XZ轴是否正常进给
按下回零按钮再按下XZ检查是否回到参考点
主轴功能检查主轴正反转与停止检查主轴是否正常工作刀号选择按钮选择所需的刀号再按刀位转换按键检查刀架是否正常工作能否准确换刀
调入或编写一个演示程序自动运行观察十字工作台的运动情况
3设置典型故障
在系统运行正常实验台各个部件运行正常情况下进行一些常见的故障现象的设置实验记下设置故障后的故障现象并得出相应的结论分析在设置故障的过程中首先根据电气原理图中的连线图找出实物然后在断电的情况下拆线用绝缘胶带将电线包裹开机观察故障现象并做相应的记录然后断电并将线接好再进行
下一个故障的设置
4在设置完故障后将实验台的连线恢复原样开机进行功能测试
5在实验台一切正常的情况下关机
①按下急停按钮
断开空气开关QF2
合上空气开关QF3
合上空气开关QF4
合上空气开关QF1整理实验结果
五实验结果记录
注意做实验时注意安全不要将电源线裸露在外拆下的电线要用绝缘胶带进行包裹不允许带电拆装电线
故障设置
1将实验台的三相电
2将实验台
3主轴部分主
将变频器的电源取
序号故障设置方法故障现象故障原因源中的U相去除观察实验台出现的现象并记录下来的三相电源中的W相去除观察现象并记录下来轴电机的电源线取消一相电机运行状态
消一相观察电机运行状态
将主轴电机的电源相序任意调
换两相电机运行状态
将变频器接线端子上的509拆下运
行主轴电机观察现象
4进给轴部分将伺服驱动器的电源线拆
掉一相伺服电机运行状态
将伺服电机的电源线拆掉一相
电机运行状态
将伺服驱动器上面的直流短接端子拆下观
察伺服状态
5刀架类将刀架电机电源去掉一相进行换刀操作
将刀架电机电源任意两相互换进行换刀操作6
将24V1电源断开把HC5301-R继电器板的外接24V1断开
7将HC5301-8输入接线板上的外接24V电源
断开8将系统输出端子与输出转接板之间的互联电缆拆下进入
系统观察现象
实验四数控综合实验台PLC编程与调试实验
一实验目的
1了解标准PLC基本原理和结构
2能够熟练修改标准PLC各个输入输出点及PLC所提供的各项功能
3了解用C语言编写PLC程序的方法掌握数控系统PLC调试方法
二实验内容
1主轴档位及PLC输出点定义实验
2主轴转速的调整
3刀架信号输入点定义
4用实验台所带的乒乓开关控制主轴的正反转
5将机床信号输入口XS10的输入电缆代替接口XS11
6自动润滑功能的设定
7华中数控PLC程序的编写及其编译
8简单程序的编写与调试
三仪器设备
HED-21S数控综合实验台一台工具包万用表PC键盘一个
四相关知识
11/0信号与X/丫的对应关系
在PMC系统参数选项中给各部件部件20部件21部件22中的输入输出开关量分配占用的XY地址即确定接口中各I/O信号与X/丫的对应关系
如图1所示将部件21中的开关量输入信号设置为输入模块0共30组则占用X[00]〜X[29]将部件20中的开关量输入信号设置为输入模块1共16组则占用
X[30]〜X[45]输入开关量总组数即为301646组
将部件21中的开关量输出信号设置为输出模块0共28组则占用丫[00]〜
Y[27]将部件22中的开关量输出信号设置为输出模块1共2组则占用Y[28]〜丫[29]将部件20中的开关量输出信号设置为输出模块2共8组则占用丫[30]〜丫[37]输出开关量总组数即为282838组
在PMC系统参数选项中所涉及的部件号与硬件配置参数选项中的部件号是一致的
输入/输出开关量每8位一组占用一个字节例如HNC-21TF数控装置XS1O接口的I0〜17开关量输入信号占用X[00]组10对应于X[00]的第0位11对应于X[OO]的第1位按以上参数设置I/O开关量与X/Y的对应关系见表2
图1PMC系统参数中关于输入输出开关量的设置
2IO输入输出开关量的接口
在系统程序PLC程序中机床输入的开关量信号定义为X即各接口中的I信
号输出到机床的开关量信号定义为丫即各接口中的O信号
将各个接口HNC-21TF本地远程I/O端子板中的I/0输入/输出开关量定义为系统程序中的XY变量需要通过设置参数中的硬件配置参数选项和PMC系统参数选项来实现
表2I/O开关量与X/丫的对应关系
类别信号名XY地址部件号模块号说明输入开关量地址定义
IO〜139X[00]〜X[04]21输入模块OXS1OXS1输入开关量
I40〜I47X[05]保留I48〜I175X[06]〜X[21]
保留I176〜I239X[22]〜X[29]保留
I240〜I367X[30]〜X[45]20输入模块1面板按钮输入开关量输
出开关量地址定义O(〜O31Y[OO]〜丫[03]21输出模块OXS20XS21输出
输出模块1主轴模拟电压指令数字输出量0240〜0303Y[30]〜
Y[37]20输出模块2面板按钮指示灯输出开关量HNC-21TF数控装置的
输入/输出开关量占用硬件配置参数中的三个部件一般设为部件20部件21部件22如图2所示
主轴模拟电压指令输出的过程为PLC程序通过计算给出数字量再将数字量通过转换用的硬件电路转化为模拟电压PLC程序处理的是数字量共16位占用两
个字节即两组输出信号因此主轴模拟电压指令也作为开关量输出信号处理
图2硬件配置参数中关于输入输出开关量的设置
五实验步骤
1开机进入PLC配置界面开始主轴档位及输出点定义实验自动换档为丫本配
置界面定义的输出点才有效在变频换档或手动换档为Y时应关闭此菜单选项中的所有输出点
2主轴转速的调节
主轴转速是通过变频器与PLC中的相关参数来进行控制标准PLC中的主轴
转速设定参数主要包括电机最大转速设定所有速度上限实测电机上限下限
3刀架信号输入点定义
1在标准PLC的刀库配置界面中对刀具输入点进行定义在位编辑行对应的编辑框中输入-1表示该输入点无效在刀号输入点编辑框中输入1表示对应的输入点在此刀位中有效为0表示对应的输入点在此刀位中无效
2当前系统刀架主持刀具总数为4把输入的组为第1组输入的有效为4位分别是X11X12X13X14
3刀架的正转为Y03反转为Y04如果PLC这样配置编译后系统正常运行
4此时刀架运转正常将PLC的刀架正反转输出信号丫03丫04进行互换重新编
译后运行刀架有什么现象记录下来分析原因
5将电断开把输入接线板的刀架刀位信号X13X14的输入位置向后平移两个
点重新上电进行换刀操作有什么现象分析原因
4用实验台所带的乒乓开关控制主轴正反转
1进入车床标准PLC的编辑状态按键ALKK进入PLC配置界面
2找到主轴正反转的输入点定义并把它分别更改成X06X07
3这是退出PLC后编译观察利用乒乓开关控制主轴正反转的实验现象并分析原因
5将机床信号输入口XS10的输入电缆代替XS11
将机床的输入口XS上的输入电缆接口接到XS11上面然后通过更改标准PLC的输入点进行调节
1将PLC的输入点定义栏的各输入点记下查出其对应的DB25插头的管脚号
2查出XS11和XS10相同管脚号对应的输入点
3进入标准PLC的编辑界面将PLC的输入点定义栏更改为XS11各对应的输入点
4退出PLC进行编译然后进入系统检查系统是否正常运行
6自动润滑功能的设定
1进入PLC编辑状态定义自动润滑开的输出信号点位丫06
2退出PLC并进行重新编译
7华中数控PLC程序的编写及其编译
1在DO酥境下进入数控软件系统的PLC目录C\HNC-21tf\PLC
2敲入C\HNC-21tf\plcedit1cld
3在数控系统的PLC目录下修改MBAT
4运行MBA文件系统就会对PLC的源文件进行编译
5PLC源程序编译后将产生一个DO列执行的com文件
8简单PLC程序的编写
进入系统文件PLC目录利用DOS命令EDIT新建一个源程序文件1cpp源程序编写如下
pragmainlineincludeplchVoidinitvoidVoidplc1voidifX[31]0X40
Y[31]0X40
Voidplc2void
把编好的程序进行编译把生成的程序加载到数控系统文件中进入系统按下
循环启动按键观察出现的现象
六实验结果记录
1标准PLC配置实验结果记录
序号PLC配置方法现象原因1将自动换档选项设位丫运行
主轴2将PLC的刀架正反转输出信号丫03丫04进行互换编译后运
行刀架观看现象3把输入转接板的刀架刀位信号X13comX1进
行换刀观看现象4主轴正反转的输入点定义为X06X07将K6K7
接通观看主轴运行状态5将机床信号输入点XS10更换为XS11并
进行相应PLC配置系统是否正常运行6将自动润滑开的输入信
号定义为丫06编译后观察现象2PLC编程结果记录
运行上述程序后按下循环启动键后的现象
七思考题
如果按下循环启动键后电亮进给保持灯如果松开则灯熄灭如果按下进给保
持灯按键电亮循环启动灯如果松开则灯熄灭如何让编写PLC程序可实现此功能
实验五步进电动机调试及使用实验
一实验目的
1熟悉步进电机运行原理及其驱动系统的连接
2掌握步进电机性能特性及其调试的基本方法
二实验内容
1世纪星HNC-21TFI己步进电机的参数设置
2M535步进电机驱动器参数设置
3步进电机绕组的并联与串联接法实验
4测定步进电机的空载启动频率
5设置步进驱动器典型故障并分析原因
三仪器设备
HED-21S数控综合实验台一台工具包数控实验台电气原理图
四实验步骤
1数控系统与步进电机的连接
各引脚定义CPCP-单脉冲方式时正反转的运行脉冲接M535步进驱动器的
PULPUL-
DIRDIR-单脉冲方式时正反转的方向脉冲
2HNC-21TF数控系统的参数设置
按表一对步进电机有关参数进行设置按表二设置硬件参数
3M535步进电机驱动器参数设置
1步进电机驱动器细分数的设定
本驱动器提供1-256细分在步进电机步距角不能满足使用的条件下可采用细分驱动器来驱动步进电机根据表三对驱动器所采用的细分数进行设定拨码开关5678可以选择细分数
表一坐标轴参数
最大跟踪误差0电动机每转脉冲数200伺服内部参数[0]4伺服内部参数[1]0伺服内部参数[2]0伺服内部参数[3][4][5]0快速加减速时间常数100快速加速度时间
常数64加工加减速时间常数100加工加速度时间常数64
表二硬件配置参数
参数名型号标识地址
配置[0]
配置[1]
部件05301
46000
表三步进电机细分数设置
细分数SW5SW6SW7SW82
1
11
1
4
1
0
11
81101161
0
01
32
1
1
1
064
101012811
0
0
2561
0
0
0
2步进电机驱动器电流选择
拨码开关123可以选择驱动器的电流大小表四是拨码开关不同状态对应相电流大小
3半流功能测试步进电机由于静止时的相电流很大所以驱动器提供半流功能其作用是党步进电机驱动器如果一定时间内没有接收到脉冲那么它会自动将电机的相电流减小为原来的一半防止驱动器过热M535驱动器的SW硏关拨至OFF半流功能开将拨码开关拨至ON半流功能关
表四步进电机相电流的设置
电流SW1SW2SW313111160111910
1220012511029010321
0035000
4步进电机绕组的并联与串联接法实验步进驱动器是两相驱动器利用两相驱动器来控制四相步进电机可以将四相步进电机的绕组线圈两两进行并联或串联当作两相电机进行使用
现将串联接法改为并联接法
1将电机绕组端子AC-并在一起接到驱动器A端子上
2将电机绕组端子A-C并在一起接到驱动器A-端子上
3将电机绕组端子BD-并在一起接到驱动器B端子上
4将电机绕组端子B-D-并在一起接到驱动器B-端子上
5测定步进电机的空载启动频率
启动频率是指电机在不丢步不堵转的情况下能够瞬时启动的最大频率测试的方法如下
1设置X轴的加减速时间常数为2并将快移与加工速度分别设为60005000
2在步进电机轴处作一标记由世纪星设置步进整数转的位移和速度让步进电机空载启动
3步进电机处于静止状态下启动旋转一圈后停止从轴标记判断步进电机是否失步活出现堵转现象
4在工作台上增加一定负载没按上述步骤测定步进电机的空载起动频率
5将步进电机驱动器的电流减为原来的13再按上述步骤测定空载频率比较三次的区别
6设置典型故障并分析原因
步进电机主要故障及诊断如表五所示
表五步进电机控制系统主要故障及诊断
故障现象故障原因电动机不运转驱动器无直流供电电压驱动器
保险丝熔断驱动器报警过电压欠电压过电流过热驱动器与电动机连线断开
HNC21TF数控系统轴参数设置不当驱动器使能信号被封锁接口信号线接触不良
负载转矩太大加速时间太短负载惯量太大直漉电源电压降低电动机运转不均匀有抖动指令脉冲不均匀指令脉冲太窄指令脉冲电平不正确指令脉冲电平与驱动器不匹配脉冲信号存在噪声脉冲频率与机械发生共振电动机运转不规则正反转地摇摆指令脉冲频率与电动机发生共振电动机定位不准加减速时间太短存在干扰噪声系统屏蔽不良
DIRDIR-任意取消一根运行X轴与正常情况下比较5将X轴的指
令线中的DIRDIR互换运行X轴与正常情况下比较6只将线圈
AB与步进驱动器连接将CD两线圈与驱动器断开运行X轴观察现象
7只将线圈AC与步进驱动器连接将BD两线圈与驱动器断开运行X轴观察现象
实验六交流伺服系统调试及使用实验
一实验目的
1熟悉交流伺服系统的构成及原理以及伺服电机驱动器数控系统的连接
2掌握交流伺服电机及驱动器的性能与特性
3熟悉交流伺服系统的动态特性及其基本参数调整
二实验内容
1数控系统与交流伺服驱动器的连接
2世纪星HNC-21T僭己伺服驱动时的参数设置
3伺服驱动器的调节与参数设置
4交流伺服驱动器典型故障并分析原因
三仪器设备
HED-21S数控综合实验台一台工具包数控实验台电气原理图
四实验步骤
1数控系统与交流伺服驱动装置的连接
各引脚定义CN1伺服允许信号数控控制信号伺服准备好信号
RST伺服强电
rt工作电源
CNCUVWW动器电源输出端子PE接地端子
CN2脉冲编码器反馈信号接线端子
2HNC-21TF配伺服驱动时的参数设置
按表一
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