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数控技术实验指导书 数控技术综合实验 实 验 指 导 书、南昌大学机电工程学院2010-6-10目录 实验内 容页码实验一系统的接线2实验二数控机床的基本操作与基本概念7实验三数控系统调试（NC部分）10实验四故障设置与诊断、排除故障（综合实验）16 实验一 系统的接线11 实验目的：了解NNC-R1C数控机床综合实验台的组成和电缆连接；掌握西门子802C Baseline系统的构成12 实验装置： NNC-R1C数控机床综合实验台由八块控制演示板和一台数控车床组成。其控制演示板各部分的组成如下：1） 系统面板模块2） 数控装置模块3） 换刀模块4） 电器模块5） 输入/输出模块6） 主轴模块7） 进给模块实验台外部模块接插连线一览表模块名称端子名称到达模块名称到达端子名称导线颜色数控装置+/-10V主轴2红G主轴5黑换刀+24电源电源+红GND电源电源-黑CW上I/OQ0.4 常开上黄CW下I/OQ0.4 常开下黄CCW上I/OQ0.5 常开上黄CCW下I/OQ0.5 常开下黄1I/OI1.0黄2I/OI1.1黄3I/OI1.2黄4I/OI1.3黄5I/OI1.4黄6I/OI1.5黄I/OI1.7进给伺服准备好左黄红色电源端子电源电源+红黑色电源端子电源电源-黑主轴STFI/OQ0.0常开上黄STRI/OQ0.1常开上黄SDI/OQ0.0常开下黄SDI/OQ0.1常开下黄进给伺复准备好右电源电源+红红色电源端子电源电源+红黑色电源端子电源电源-黑 注意：当上述接线正确连接，实验台才能正常运行。红色和黑色线为直流电源线请谨慎接插，避免出错，否则可能导致元器件的损坏。1.3 实验步骤：1) 802C Baseline系统构成见图1-3。802C Baseline系统可控制23个交流伺服电机轴和一个开环主轴（为变频器）。802C Baseline 由下列各部分组成：操作面板（OP 020）、机床面板（MCP）、NC单元带有全部接口、输入输出（DI/O）48输入 16输出图1-3 802C Baseline系统构成2) 掌握西门子802C Baseline系统的接线系统连线.见图1-4：图1-4 系统连线、数控系统工作电源X1L+ 接直流24V, M接24V地。DC.24V由外部提供。演示板上的电源已连接好。当合上电源总开关QS1和QS4,将24V电源开关拨到ON,数控系统得电。、X7为交流伺服电机驱动信号和模拟主轴控制输出（50芯）。其各脚号见表一。表一：X6为主轴编码器输入（15芯）。其各脚号定义见表二。表二：来自主轴编码器的信号接入演示板下方的15芯插座X6上，它经故障设置接至X6蓝色框中的相应检测端子，再接入系统。见图1-5： 编码器 15芯针插座X6 故障设置 检测端子 系统 图1-5编码器输入、X20高速输入接口。其各脚号定义见表三：表三：X20： 高速输入接口 接线端子脚号信号说明脚号信号说明1RDY1使能2.16HI_42RDY2使能2.27HI_53HI_1参考点脉冲X轴8HI_64HI_2参考点脉冲Y轴9M24V地5HI_3参考点脉冲Z轴10M24V地注：NC使能后，内部使能继电器触点闭合，即使能2.1和使能2.2导通来自接近开关的参考点脉冲信号（9芯孔插座）接入演示板下方的9芯针插座X20上，它经故障设置接至X20蓝色框中的相应端子，再接入系统。见图1-6： - 接近开关 9芯针插座X20 故障设置 检测端子 系统 图1-6 高速输入实验二 数控机床的基本操作与基本概念2.1 实验目的：熟悉操作区域及最重要的软件功能和简单的操作2.2 实验装置：数控实验台及机床2.3 实验步骤：1) 熟悉操作区域 控制器中的基本功能可以划分为以下几个操作区域： 图31 SINUMERIK 802C Baseline操作区域操作区域更换 操作加工显示键可以直接进入加工操作区； 使用“区域转换”键可从任何操作区域返回主菜单；连续按两次后又回到以前的操作；系统开机后首先进入“加工”操作区；保护级 可以通过设定口令字对系统资料的输入和修改进行保护；用户可以在菜单“显示机床资料”诊断操作区修改保护级；缺省设定：保护级3(操作员)；默认设置密码:customer在下面的菜单中，输入和修改资料取决于所设定的保护级； 刀具补偿 零点偏置 设定资料 RS232设定2) 熟悉重要的软件功能图32 3) 简单操作（回参考点）：、按机床控制面板上的“参考点”键，启动回参考点运行。在回参考点窗口 (图2-1)中显示该坐标轴是否必须回参考点 坐标轴未回参考点坐标轴已经到达参考点、按机床控制面板上的坐标轴方向键“+X”，使X轴回参考点。、按机床控制面板上的坐标轴方向键“+Z”，使Z轴回参考点。如果选择了错误的回参考点方向（例如-X，-Z），不会产生运动。4) 简单操作(对刀)：(见实验十一)G54G57 可设定的零点偏置G158 可编程的零点偏置G500 取消可设定的零点偏置5) 简单操作（输入新程序）6) 简单操作（编程加工）实验三 数控系统调试（NC部分）3.1实验目的：通过坐标参数调试使机床的坐标轴运动符合精度与速度要求.3.2试验装置：数控实验台和机床3.3实验步骤：1） 802C Baseline坐标参数调试最重要的三个参数 设定：30130=2 ，30240=3 ，34200=2 按下软键“诊断” “机床数据”，出现图5-1 所示 图5-1 按下软键“轴数据”，打开轴数据窗口。按“”，出现图5-2。 图5-2 用软键“轴+”“轴-”选择相应的坐标轴。首先选X轴。 按动操作面板上的“光标向上”或“光标向下”键，将光标移至30130，输入数值2，按黄色的“回车/输入键”。按动“光标向下”键，移动光标至30240，输入数值3，按黄色的“回车/输入键”。 按下软键“搜索”，出现图5-3 图5-3 输入要查询的机床数据号“34200”，按下“确认”。光标立即定位到所要查询的机床数据34200上。输入设定值2，按下黄色的“回车输入键”。 按软件“轴+”，选择Z轴。重复-。 机床数据的生效条件是： PO(Power On) 系统上电时参数生效； RE(Reset) 系统复位时参数生效； CF(Configguration) 按“数据生效”软菜单键参数生效； IM(Immediate) 立即生效。 因为30130、30240、24200的生效条件都是PO,因此，要重新上电。 按软键“调试” “调试开关” “NC”(选择正常上电启动)“确认”。系统重新上电。说明： 30240=0 模拟 =2 标准编码器 =3 用步进电机控制的编码器 30130=0 模拟 =1 方波编码器 =2 步进电机控制 如果设定30240=0，30130=0，则移动坐标轴时，仅屏幕坐标数值变化，而实际坐标轴不动。2）设定传动系统的机械参数（X轴、Z轴）设定下列参数：31020=1600；同时设定31400。步进电机步距角1.8度,建议采用8细分，则:360/1.8*8（16细分同理则：3601.816，31020和31400应设为3200）31400=1600；电机每转的步数，单位是：每转脉冲数IPR.31030=4；丝杠螺距，单位：mm。31050=1；31060=1；即31050/31060=1/1=1，减速比为1。说明：以上设定的操作步骤，参考实验4.3先设定X轴参数，再设定Z轴参数。下面其它参数设定的操作步骤与此相同，不再赘述。设定相关的速度（X轴、Z轴）32000=1000；最大轴速度G00；32010=1000；点动快速；32020=600；点动速度；32260=1500；电机额定转速；36200=2200；坐标速度极限。系统重新上电。按软键“调试” “调试开关” “NC”(选择正常上电启动)“确认”。系统重新上电。系统上电时自动计算：（1500/60）转/秒*1600脉冲/每转=40000脉冲/秒检查31350，参数为40000。输入监控频率（X轴、Z轴）36300=120000；步进频率极限。3）坐标动态特性调试系统的另一独特功能是对坐标的动态特性进行优化。利用点动方式测试进给轴的动态特性，设定各坐标的最高速度，并选择合适的加速度曲线。图5-4设定动态调整参数(X轴、Z轴) 32300=0.4；最大加速度； 35220=0.3；速度转折点； 35230=0.4；速度衰减系数。4）调试参考点逻辑 802C Baseline系统的很多功能都建立在参考点的基础上。自动方式和MDA方式只有在机床返回参考点后才能进行操作。方向间隙补偿和丝杠螺距误差补偿也只有在返回参考点后才生效。综合实验台上回参考点配置如图5-5所示：图5-5在坐标轴侧有减速开关，在丝杠端有一接近开关（丝杠每转产生一个脉冲）。减速开关接到I/O的输入，接近开关接到系统的高速输入口(X20)。该方式可高速寻找减速开关，然后低速寻找接近开关。图5-6为有减速开关，且接近开关在减速开关之前。（34050=0） 其中：Vc寻找减速挡块速度（34020） Vm寻找接近开关信号速度（34040） Vp参考点定位速度（34070） Rv参考点偏移（34080，34090） Rk参考点坐标（34100） 图5-65） 设定回参考点参数（X轴、Z轴）34000=1； 减速开关有效；34020=800； 寻找减速开关速度；34060=20； 寻找接近开关的最大距离；34040=300； 寻找零脉冲速度；34070=200； 参考点定位速度；34010=0； 减速开关方向 正；34050=0； 接近开关方向 正。系统重新上电。按“+X”使X轴回参考点。按“+Z”使Z轴回参考点。为进一步理解所设定参数，可选做以下实验：实验步骤：设定34000=0；减速开关无效。按“复位”键，使设定的所有参数有效。回参考点操作，观察现在是如何回参考点的，为何不正确。将34000恢复为1。6) 设定坐标的软限位。设定36100=-1； 轴负向软限位值；36110=200；轴正向软限位值；按“复位”键，使设定参数有效为进一步理解所设参数，可选做以下实验：实验步骤：设定34100=0；参考点位置值； 36100=-5；轴负向软限位值； 36110=5；轴正向软限位值；按“复位”键，使设定的参数有效。手动方式。移动坐标轴。出现010621报警号按软键“诊断”，阅读故障说明。恢复34100=50，36100=-1，36110=200。7)主轴参数调试设定：30130=1，有10V模拟量输出；30200=1，主轴有编码器反馈；因为主轴安装了编码器，因而下列主轴参数应设定：30240=2，主轴带测量系统；31020=1000，编码器每转脉冲数；32260=2800，主轴额定转速；36200=2600，最大主轴监控速度。设定：36300=500000，主轴监控频率。系统重新上电，使设定参数有效。按软键“调试” “调试开关” “NC” “确认”。系统重新上电。8)数据保护在各项机床资料调试完毕后，必须关闭口令并进行资料存储。这样在数控系统参数被破坏时，可迅速恢复资料。关闭口令：按软键“调试” “” “关闭口令”机内资料存储 在各项机床资料调试完毕后，必须关闭口令并进行资料存储！这样在数控系统参数被破坏时，可迅速恢复资料。 操作过程： 机床数据、设定数据、加工程序、丝杠螺距补偿数据等被储存于永久内存中，通过选择调试开关中位置3即选择软菜单项的“按存储数据上电启动”可恢复资料。机外数据保护通过RS232接口（利用WINPCIN通讯软件）将系统各种资料备份到外部计算机中，是最可靠的数据保护措施。必要时可通过计算机重新加载各项资料。将系统的“试车资料”备份文件到光盘中提供给最终用户（机床或设备的使用者）以便在极端情况下迅速恢复出厂时的资料。注意：只有机床制造厂可使用调试开关位置1或软菜单的“按缺省数据上电启动”。 机床制造商一定告知最终用户千万不要改变调试开关的位置，否则会将机床制造商设定的数据清除！实验四 故障设置与诊断、排除（综合实验）4.1实验目的：电器演示板的相关故障设置4.2 试验装置:数控实验台4.3 实验步骤： 1) 换刀的相关故障（注意：实验台故障设置的拨码开关4、5、6、7为信号接通，其他均为信号断开，即故障设置） 故障现象：手动不能正常换刀 实验准备：MD14510(0)=3；将换刀模块演示板的故障与设置拨码开关2设置为“0”按“点动”键，选择手动方式。按“手动换刀”键，刀盘不旋转。检查MD14512(8)的参数相应位是否为“1”，如果不是，将其设定为“1”。按“手动换刀”键，刀盘仍然不旋转。检查MD14510(0)的参数是否为“4”或“6”，因为刀架刀位数只允许输入4工位或6工位，其它数值均被认为无效。此处设定为“6”按一下“手动换刀”键，刀盘旋转一个刀位，但不能转换“2”号刀。检查换刀模块演示板的拨码开关2是否为4或5、6、7，如果不是，按动拨码开关的“+”和“-”，改变拨码开关的值为4或5、6、7，使其接通。按一下“手动换刀”键，刀盘旋转一个刀位，且每个刀位都能到达。 故障现象：自动不能正确换刀 实验准备：删除刀具为只有三把刀（T1、T2、T3）；将换刀模块演示板的故障设置拨码开关3设为“0”在MDA方式，键入”T3” 按“确认” 按“数控启动”。刀架一直在转始终找不着刀位。将换刀模块演示板的故障设置拨码开关3设为“4或5、6、7”刀架停在3号刀位。在MDA方式，键入”T5” 按“确认” 按“数控启动”。系统报警，提示非法刀号。按软键“参数” 按“刀具补偿” 按“” 按“新刀具”。输入5号刀按“确认”。在MDA方式，键入”T5” 按“确认” 按“数控启动”。报警号消除，刀盘旋转至5号刀位。换刀板的故障码及所对应的故障内容1-刀位信号12-刀位信号23-刀位信号34-刀位信号45-刀位信号56-刀位信号62) 系统模块演示板的相关硬件故障A-拨码开关设置为0。即断开编码器A相。屏幕出现“025000”报警号（编码器硬件故障）删除条件是“系统控制器断电再通电”检查系统模块演示板的拨码开关A-、B-是否为4或5、6、7。如果不是，按动拨码开关的“+”和“-”，改变拨码开关的值为4或5、6、7，使其接通。按软键“调试” “调试开关” “NC” “确认”。系统重新上电。系统模块的故障码及所对应的故障内容A- -编码器 A相B- -编码器 B相Z- -编码器 零脉冲信号3) 主轴模块演示板的相关硬件故障实验准备：将主轴模块演示板的故障拨码开关2设为“0”，即断开模拟电压+/-10V端按“MDA” 键入“M03S500” 按“回车/输入”键按“数控启动”键。主轴不运转，观察I/O模块演示板的Q0.0（主轴正转信号）的红色指示灯是否亮，亮着表示正转有效。检查主轴模块演示板的拨码开关2是否为4或5、6、7，如果不是，按动拨码开关的“+”和“-”，改变拨码开关的值为4或5、6、7，使其接通。重复步骤，主轴运转。 实验准备：变频器的P79=1，设为变频器内部控制方式。按“自动方式” 键入“M03S500” 按“回车/输入”键按“数控启动”键。主轴不运转，观察I/O模块演示板的Q0.0（主轴正转信号）的红色指示灯是否亮，亮着表示正转有效。检查主轴模块演示板的拨码开关2，STF，STR是否为4或5、6、7，如果不是，按动拨码开关的“+”和“-”，改变拨码开关的值为4或5、6、7，使其接通。重复步骤。如果主轴模块演示板的拨码开关的值都为4或5、6、7，表示硬件连接正确，此时就要考虑变频器的设置问题。按实验7检查变频器的设置。重复步骤，主轴正确运转。主轴模块的故障码及所对应的故障内容2 -系统模拟电压给定到变频器STF -主轴正转控制信