数控技术实验指南2010.doc

实验指导书课程名称: 数控技术 适用专业：机械设计制造及其自动化实验时数：4学时实验室：数控实验室实验内容：1.伺服驱动系统与变频器的参数的设 2.数控系统的组成与连接2010年10月试验用设备仪器简介1. THWZDC-1型数控机床四合一电气控制与维修实验台 THWZDC-1型数控机床四合一电气控制与维修实训台是我公司开发的一款实用型、经济型的教学新品，该系统具有数控车床、车削中心、数控铣床、加工中心等数控机床的安装调试、参数设置、PLC编程、故障设置、故障诊断与维修、数控编程与加工操作等多项功能；通过装载西门子提供的软件或PLC编程，可以实现数控车床、车削中心、数控铣床、加工中心之间的切换。本系统主要从中、高等院校数控专业的教学要求出发，以学生能力的培养为主线，在验证基本理论的同时，力求做到教学与实践结合，不但让学生牢固的掌握基本知识，而且动手能力也得到较好的培养和锻炼。系统采用开放式结构、模块化设计，由数控系统模块、主轴控制模块、进给驱动模块、输入/输出模块、电气控制模块、换刀控制模块，数控装置模块，故障排除单元和电机演示模块组成；采用西门子公司802C数控系统，主轴采用变频器控制，X、Y、Z三轴采用交流伺服驱动；一台数控机床电控系统的每一主要环节都在电控演示模块上分解展示，其信号均可测量。每个环节专门设有故障设置区，至少可以设置32个故障点。电机演示模块由X、Y、Z轴进给交流伺服电机、三相异步主轴电机和旋转编码器组成。进给轴可实现回零、进给量显示等功能；主轴电机通过同步带与编码器相连，可以在系统上准确显示主轴的转速。六工位电动刀架可实现换刀动作，具有真实机床的控制方式。1.1 西门子802C 数控系统介绍1.1.1、基本面板SIEMENS 802C 数控系统的操作面板可分为三个区：LCD显示区、NC键盘区、机床控制面板（MCP）区。见图1-1。图1-1 802C操作面板1.1.2 NC键盘区 图1-2 NC键盘区各功能键说明：1）加工显示键：按此键后，屏幕立即回到加工显示的画面，在此可以看到当前各轴的工作状态。2）返回键：返回到上一级菜单。3）软键：在不同的屏幕状态下，操作对应的软键，可以执行相应的操作。4）删除/退格键：在程序编辑画面时，按此键删除（退格）清除前一字符。5）报警应答键：报警出现时，按此键可以消除报警（取决于报警级别）。6）光标向上键/向上翻页（上档）键。7）菜单扩展键：进入同一级的其他菜单画面。8）区域转换键：按此键后立即回到主界面。9）垂直菜单键：在某些特殊画面，按此键可垂直显示选项。10）光标向右键。11）光标向下键/向下翻页（上档）键。12）回车/输入键：按此键确认所输入的参数或换行。13）选择/切换键：在设定参数时，按此键可以选择或转换参数。14）空格键：在编辑程序时，按此键插入空格。15）光标向左键。16）字符键：用于字符输入，上档键可转换对应字符。17）上档键：按数字键或字符键时，同时按此键可使数字/字符的左上角字符生效。18）数字键：用于数字输入。1.13 机床控制面板区各按键功能说明：1）POK（绿灯）：电源上电，灯亮表示电源正常供电。2）ERR（红灯）：系统故障，此灯亮表示CNC出现故障。3）DIA（黄灯）：诊断。该灯显示不同的诊断状态，正常状态时闪烁频率为1：14）急停开关5）K1K12用户自定义键（带LED）：用户可以编写PLC程序进行键的定义。图2-3 机床控制面板区 运行方式键6）增量选择键：在JOG方式（手动运行方式）下，按此键可以进行增量方式的选择，范围为：1，10，100，1000。7）点动方式键：按此键切换到手动方式。8）回参考点键：在此方式下运行回参考点。9）自动方式键：按此键切换到自动加工方式，按照加工程序自动运行。10）单段运行键：按此键设定单段方式，程序按单段运行。11）手动数据键：在此方式下手动编写程序，然后自动执行。主轴键12）主轴正转键：按此键，主轴正方向旋转。13）主轴停止键：按此键，主轴停止转动。14）主轴反转键：按此键，主轴反方向旋转。倍率键15）进给轴倍率增加键（带LED）：按动此键，进给轴倍率增大。当进给轴倍率大于100%时LED亮，达到120%时（最大）LED闪烁。16）主轴倍率增加键（带LED）：按动此键，主轴倍率增大。当主轴倍率大于100%时LED亮，达到120%时（最大）LED闪烁。17）进给轴倍率100%键：按此键大于系统所设定的时间值（缺省值为1.5秒）时，进给轴倍率直接变为100%。18）主轴倍率100%键：按此键大于系统所设定的时间值（缺省值为1.5秒）时，主轴倍率直接变为100%。19）进给轴倍率减少键（带LED）：按动此键，进给轴倍率减少。按此键大于系统所设定的时间值（缺省值为1.5秒）时，进给轴倍率直接变为0%。进给轴倍率在0%-100%时LED灯亮，降为0%时（最小）LED闪烁。20）主轴倍率减少键（带LED）：按动此键，主轴倍率减少。按此键大于系统所设定的时间值（缺省值为1.5秒）时，进给轴倍率直接变为50%。进给轴倍率在50%-100%时LED灯亮，降为50%时（最小）LED闪烁。点动键21）X轴正向点动键：在手动方式下按动此键，X轴向正方向点动。22）Z轴正向点动键：在手动方式下按动此键，Z轴向正方向点动。23）快速运行叠加键：在手动方式下，同时按此键和一个坐标轴点动键，坐标轴按快速进给速度点动。24）Z轴负向点动键：在手动方式下按动此键，Z轴向负方向点动。25）X轴负向点动键：在手动方式下按动此键，X轴向负方向点动。启动/停止键26）复位键：按此键，系统复位，当前程序中断执行并退出。27）数控停止键：按此键，当前执行的程序中断执行。28）数控启动键：按此键，系统开始执行加工程序。 1.1.4 LCD显示区图2-4 LCD显示屏幕划分说明：1）当前操作区域：加工、参数、程序、通讯、诊断。通过主菜单不同的软键进行操作。2）程序状态：程序停止；程序运行；程序复位。3）运行方式：点动方式、自动方式、MDA方式。4）状态显示：程序段跳跃、空运行、快速修调、单段运行、程序停止、程序测试、步进增量。5）操作信息。6）程序名。7）报警显示行：在NC或PLC报警时显示报警信息。8）工作窗口：工作窗口和NC显示。9）返回键：软键菜单中出现此符号时，表明存在上一级菜单，按下返回键后不存储数据直接回到上一级。10）扩展键：出现此符号表明同级菜单中存在其它菜单，按下扩展键后可以选择这些功能。11）软键。12）垂直菜单：出现此符号时表明存在其它菜单功能，按下垂直菜单键后，这些菜单显示在屏幕上，并可用光标进行选择。13）进给轴速度倍率：在此显示当前进给轴的速度倍率。14）齿轮级：在此显示当前主轴的齿轮级。15）主轴速度倍率：在此显示当前主轴的速度倍率。5、主菜单1.2 系统的接线1.2.1 装置组成(1)、THWZDC-1型 数控机床四合一电气控制与维修实训台由八个控制演示模块和一个电机演示模块组成。其控制演示模块布置如图1所示，控制演示模块各部分的组成如下：图1 演示模块布置图(2)、802CBaseline系统构成802CBaseline系统可控制23个交流伺服电机轴和一个伺服主轴或变频器主轴。802CBaseline由下列各部分组成：1）、操作面板（OP020）：分为LCD显示、NC键盘和MCP区域；2）、集成式、紧凑型CNC控制器；3）、输入输出（DI/0）以及其他接口：48输入16输出等；进一步掌握802CBaseline系统的构成详见西门子802S/C。(3)、掌握西门子802CBaseline系统的接线，如图2：1）、数控系统工作电源接口X1P24接DC24V正，M接24V地。DC24V由外部提供。实训台上的电源已连接好。当合上电源总开关QS1（2P断路器）和QS2（电器模块左端空气开关）时，数控系统得电。启动过程详见电气控制电路的原理和应用。2）、RS232通讯接口X2在使用外部PC与802C进行数据通讯或者上传、下载PLC程序时，使用RS232接口，其各引脚定义如图3：图3 通讯接口图2 802CBaseline系统的接线 编码器接口X3X6为DB15芯孔插座，其中X3X5用于X、Y、Z轴编码器信号的连接，X6用于主轴编码器信号的连接，它们引脚分配相同，如下表所示：引脚信号说明引脚信号说明1n.c.9M电压输出2n.c.10Z输入信号3n.c.11Z_N输入信号4P5EXT电压输出12B_N输入信号5n.c.13B输入信号6P5EXT电压输出14A_N输入信号7M电压输出15A输入信号8n.c.4）、驱动器接口X7： X7为交流伺服电机驱动信号和模拟主轴控制信号输出（50芯），各引脚定义如下表所示：引脚信号说明引脚信号说明引脚信号说明1AO118n.c.O34AGND12AGND219n.c.O35AO23AO320n.c.O36AGND34AGND4AO21n.c.O37AO4AO5n.c.O22MVO38n.c.O6n.c.O23MVO39n.c.O7n.c.O24MVO40n.c.O8n.c.O25MVO41n.c.O9n.c.O26n.c.O42n.c.O10n.c.O27n.c.O43n.c.O11n.c.O28n.c.O44n.c.O12n.c.O29n.c.O45n.c.O13n.c.30n.c.46n.c.14SE1.131n.c.47SE1.215SE2.132n.c.48SE2.216SE3.133n.c.49SE3.217SE4.1k50SE4.2K说明：表中SE1.1/1.2SE3.1/3.2指伺服轴X、Y、Z使能，SE4.1/4.2指主轴使能。5）、数字输入/输出接口X100X105，X200X201本数控系统共有48个数字输入和16个数字输出接线端子。其引脚定义分别如下表所示：数字输入接口X100X105引脚分配引脚序号信号说明X100X101X102X103X104X1051空2输入I0.0I1.0I2.0I3.0I4.0I5.03输入I0.1I1.1I2.1I3.1I4.1I5.14输入I0.2I1.2I2.2I3.2I4.2I5.25输入I0.3I1.3I2.3I3.3I4.3I5.36输入I0.4I1.4I2.4I3.4I4.4I5.47输入I0.5I1.5I2.5I3.5I4.5I5.58输入I0.6I1.6I2.6I3.6I4.6I5.69输入I0.7I1.7I2.7I3.7I4.7I5.710M24上表中信号的高电平为1530VDC，耗电流为215mA，低电平为-35VDC。数字输出接口X200/X201引脚序号信号说明X200X2011L +2输出Q0.0Q1.03输出Q0.1Q1.14输出Q0.2Q1.25输出Q0.3Q1.36输出Q0.4Q1.47输出Q0.5Q1.58输出Q0.6Q1.69输出Q0.7Q1.710M24上表中信号的高电平为24VDC，0.5A，漏电流小于2mA，同时系数为0.5。（4）、说明SINUMERIK 802S/C base line 出厂时的系统配置为车床系统，即坐标轴设定第一轴为X轴，第三轴为Z轴，第四轴为主轴，加工工艺设定为车削；如果控制铣床，则需要装入铣床初始化文件（参考机床配置切换），铣床设定第一轴为X轴，第二轴为Y轴，第三轴为Z轴，第四轴为主轴，加工工艺设定为铣削。以下所有实训项目的内容以车床实训为主线，当铣床实训与车床实训只是关于轴数的内容而没有本质区别时不另作介绍，当相同实训项目下相关实训接线、参数设置、操作过程不同时将在同一实训项目下另作介绍。1.2.2 车床实训导线的连线步骤：1、将“+24V输出”对应连接到“输入/输出”、“换刀控制”和“数控装置”模块的“+24V输入”；2、将“输入/输出”模块Q0.0继电器的常开端连接到“主轴控制”模块的STR端；3、将“输入/输出”模块Q0.1继电器的常开端连接到“主轴控制”模块的STF端；4、将“输入/输出”模块Q0.0和Q0.1继电器的公共端并联连接到“主轴控制”模块的SD端；5、将“数控装置”模块中10V连接到“主轴控制”模块的2端；6、将“数控装置”模块中GND连接到“主轴控制”模块的5端；7、将“输入/输出”模块Q0.4继电器的常开端连接到“换刀控制”模块的CW1端；8、将“输入/输出”模块Q0.4继电器的公共端连接到“换刀控制”模块的CW2端；9、将“输入/输出”模块I1.0到I1.5对应连接到“换刀控制”模块的1到6号刀位接口；10、将“数控装置”模块的X轴参考点信号连接到“输入/输出”模块的I0.2端；11、将“数控装置”模块的Z轴参考点信号连接到“输入/输出”模块的I0.3端；12、将“驱动信号输出”模块中“X轴输出”和“Z轴输出”分别对应连接到“进给驱动”模块中“X轴输入”和“Z轴输入”各端子；13、 将“输入/输出”模块中I1.7连接到“进给驱动”模块中的“RDY”端。注意：当上述接线正确，确保“24V输出”钮子开关ON，且绿色指示灯点亮；再把“进给驱动”模块中“X轴驱动器”的正转禁止及反转禁止钮子开关同时打到ON（驱动器正常运行时正转禁止、反转禁止与DG短路），其他所有钮子开关为OFF状态，此时实训台才能正常运行；红色弱电座和黑色弱电座为直流电源输入/输出，红色为电源正，黑色为电源负，请谨慎接插，避免出错，否则可能导致元器件的损坏。1.3 电气控制电路的原理和应用本实训台整个电路是采用弱电控制强电的方式进行设计的，一般数控机床的电气控制设计都采用这种方式，这样操作安全，运行可靠。主要的低压器件装在了“电器模块”上，包括1个24V开关电源、1个交流接触器(KM0)、3个空气开关(QF2QF4)和1个直流24V小型继电器(KA0)； 在机床主电路中的低压电器元件如图所示：带漏电保护的空气开关（QF1），普通空气开关（面板上从左到右依次为QF2、QF3、QF4），交流接触器（KM0），继电器（KA0），钥匙开关（SA1），启动按钮（SB2）和停止按钮（SB1）等。图1 电路控制原理图将实训台电源插头插到实训中心电源插座上，打开总电源开关QF1，此时控制屏处于通电状态，电压、电流表显示电压电流大小，红色指示灯亮，实验台上的插座带电；将钥匙开关SA1打到“开”，按下启动按钮SB2，使中间继电器KA0线圈得电，KA0常开触点吸合并自锁，同时使交流接触器KM0线圈得电，交流接触器的三对常开触点相应吸合；此时若空气开关QF2接通，则数控系统得电；若空气开关QF3接通，则主轴变频器得电，从而使主轴电机通电；若空气开关QF4接通，则X、Y、Z轴驱动器得电，相应各轴电机带电，为设备的正常运行作好准备。 由于涉及强电部分，控制屏通电时不可用手触摸控制屏带有强电的部分，以免触电！1、 分析电路控制原理图和相关说明，了解电路中各元件的位置和接线；2、 检查各部分实训导线的连接是否正确，确保系统各端子正确连接；3、 为了给I/O模块提供24V电源，将电源控制、指示部分的24V输出连接至输入/输出模块的24V输入，24V输出打到ON，绿色指示灯亮；4、 将电源总开关QF1合上，交流220V电源进入实训台，红色指示灯亮、电压表和电流表有显示，插座上有220V电压，可供外部测试仪器通电使用；5、 将钥匙开关打到ON，按下启动按钮，电器模块上KA0线圈得电常开触点闭合，同时KM0线圈得电常开触点闭合；6、 将电器模块上的QF2、QF3、QF4依次合上，数控系统、变频器和主轴电机、伺服驱动器和电机得电；数控系统得电后，大约等待30秒，系统自检完毕；7、 此时实训台上电完成，可以进行以后的所有实训项目；8、 做完每次实训项目后，要作以下工作：A、依次把QF2、QF3、QF4空气开关断开；B、按下停止按钮（红），把钥匙开关打倒OFF侧；C、关闭所有连接在实训台插座上的仪器仪表和其他设备，拔下电源插头；D、断开总电源开关QF1，确保实训台断电；E、取下所有实训导线，整理好放到指定的位置。说明：在实训过程中，若发现任一电机运行异常或系统出错时，按下数控系统上的急停按钮，各电机停止运行，排除异常，将急停按钮复位；当有紧急情况时，可按下实训台电源控制模块上急停按钮，此时漏电保护器动作，交流220V电源被切断，将故障排除后，须按下电源总开关漏电保护器的黑色按钮，使其复位，才能再次上电；否则，空气开关合不上。如果有故障使总电源跳闸，排除故障后，也须按下电源总开关上漏电保护器的黑色按钮，使其复位，才能再次上电；否则，空气开关合不上。1.4 数控系统的初始化1.4.1 NC的启动方式图1 正常上电启动，即以静态存储器区的数据启动。正常上电启动时，系统检测静态存储器，当发现静态存储器掉电，如果做过内部数据备份，系统自动将备份数据装入工作数据区后启动；如果没有，则系统将出厂数据区内的数据写入工作数据区后启动。缺省值上电启动，以数控系统出厂（指西门子公司）时数据启动，制造商机床数据被取消。出厂数据写入静态存储器的工作数据区后启动。按储存数据上电启动，以高速闪存内得到备份数据启动。启动时，备份数据写入静态存储器的工作区。1.4.2 数据保护802C的数据保护分内部存储和外部存储两种。内部存储通过“数据存储”软键将机床数据、设定数据、加工程序、丝杠螺距补偿数据等存储于静态存储器中。外部存储则利用SIEMENS提供的WINPCIN通讯工具软件，通过RS232接口将系统的各种数据备份到外部计算机中。1.4.3 报警诊断图2 “诊断”状态图按软键“诊断”后，显示“诊断”状态图，在窗口中显示所有的报警，按报警时间显示，内容包括：“报警号”、“报警内容”、“删除条件”。报警号：该项显示报警号，按时间顺序显示。报警内容：在该项显示相应的报警文本。删除条件：显示删除该报警所用的键。 ：控制器断电再通电（解除外部CNC硬件故障和严重的软件故障）。：按“复位键”（可解决大部分故障）：按“报警应答键”（可解决因操作错误的故障）。：用“数控启动键”（解决变成操作中的轻级故障）。1.4.4 口令设定操作 按“区域转换键”进入操作区域菜单； 按“诊断”软键进入诊断操作区域（图2）； 按“调试”功能菜单键进入调试操作区域（图3）；图3 按 “菜单扩展键”，出现设定口令窗口（如图4）；图4 按“设定口令”软键进行口令设定操作（如图5）；图5 输入指定的口令，按“确认”键，口令开启，可以输入口令，根据输入口令的级别可以访问和修改参数； 当参数设置或者修改完毕后，请立即按以上步骤进入图4所示的窗口，按“关闭口令”键，取消口令，以防误操作时修改了其他参数。1.4.5 内部数据存储操作在图4所示界面中选择“数据存储”软键，按“确定”后，系统进行数据备份，同时屏幕显示“别操作！别断电！”，完成后自动退出。1.4.6 NC启动操作NC启动操作有三种方式：正常上电启动、按缺省值上电启动和储存数据上电启动。当设置和修改了某些参数时，要让其生效必须通过“正常上电启动”；而某一些参数或者操作必须通过“储存数据上电启动”才生效；当调试中出现了这样那样的问题时，而调试又很麻烦时会选择“按缺省值上电启动”恢复出厂设置，重新调试。 在图3所示界面中按“调试开关”软键，出现图1所示界面。 通过“光标向上键”或“光标向下键”选择NC启动方式。不要轻易选择“缺省值上电启动”。 选择“确定”菜单，系统按所选择的启动方式进行重启。1.5 进给驱动单元的调试与应用1.5.1 伺服电机的工作原理和特点伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。主要优点有：(1) 无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低；(2) 定子绕组散热比较方便；(3) 惯量小，易于提高系统的快速性；(4) 适应于高速大力矩工作状态；(5) 同功率下有较小的体积和重量。有关伺服驱动器其他参数设置参考AC伺服系统TSDA系列安装、操作手册。1.5.2 实训台进给模块介绍本实验台有三个进给轴，由于三个轴的控制原理相同，所以只有X轴把驱动器CN1接口中的部分信号引到面板上做控制操作。交流伺服电机的运转控制发生方式有三种，分别为：速度控制方式、位置控制方式和扭力控制方式。此设备选用速度控制方式。 本实训台共有多种让电机运转的方式： 由驱动器内部给定速度和内部伺服on控制把进给驱动模块上的“伺服on”（SON非）钮子开关合上（当接脚与DG短路，进入运转状态，与DG开路退出运转状态），再合上“内部速度1”或“内部速度2”后，观察X轴电机，此时电机就会按照内部参数P29(内部速度1)或P30(内部速度2)设置的速度（P29和P30可以设定）来运转，单位是：转/分。原理：当驱动器未被外部系统控制时，只要把“伺服on”和“内部速度”与DG短接，满足运转的两个条件，电机就可以工作。 由操作按键控制：Fn002寸动功能操作(执行此功能前，需先设定参数29设定寸动的转速) 伺服锁定（LCK非）当把进给驱动模块上的“伺服锁定”钮子开关合上时，LCK非接脚与DG短路，速度低于23rpm时驱动器自动将速度控制模式转换为位置控制模式以便将电机锁定在最后的位置。 报警清除（AL-RS非）当把进给驱动模块上的“报警清除”复位按钮按下时，AL-RS非接脚与DG短路，即解除异常造成的停止状态。但编码器异常、内存异常、禁止输入异常等异常则会再发生相同的警报，请在排除异常原因之后，再行重置。 正转禁止（RSTP）当把进给驱动模块上的“正转禁止”钮子开关合上时，接CW过行程(over travel)检知器，正常时RSTP与DG短路(NC接点)与DG开路即表CW过行程发生。 反转禁止（FSTP）当把进给驱动模块上的“反转禁止”钮子开关合上时，接CCW过行程(over travel)检知器，正常时FSTP与DG短路(NC接点)与DG开路即表CCW过行程发生。 伺服准备好（RDY）主电源，控制电源输入正常，在没有异常警报状态时，此接脚与DG短路。 伺服异常（ALM）在正常运行时，些接脚与DG短路，驱动器出现异常警报后，保护机能动作，接脚与DG成为开路。 速度到达（INS）当参数10-1设为0时，为速度控制模式。当电机转速到达参数8所设定转速值时，此接脚与DG短路。 零速/刹车（ZS/BI）当参数11-4设为0时，则当电机转速低于参数7所设定之速度时，此接脚与DG短路。当参数11-4设为1时，则伺服激磁时，此接脚与DG短路，伺服没有激磁时，接脚与DG成为开路，(此脚位正常使用时是接到电机的机械式刹车控制继电器的)。此接脚与电机激磁或没有激磁的相对时间关系，可由参数32设定。 报警代码0（A0）异常警报发生时，此脚位会以BCD编码方式输出异常警报码。1.5.3 NC系统参数说明轴参数号参数名单位输入值参数定义30130CTRLOUT_TYPE-1模拟给定输出到轴控接口30240ENC_TYPE-2TTL编码器34200ENC_REF_MODE-1电机编码器参考点零脉冲1.5.4 伺服电机参数轴参数号参数名单位输入值参数定义31020ENC_RESOLIPR2000编码器每转脉冲数31400STEP_RESOLIPR2000同上1.5.5传动系统机械参数轴参数号参数名单位输入值参数定义31030LEADSCREW_PITCHmm5丝杠螺距31050DRIVE_AX_RATIO_DENOMn-1减速箱齿轮端齿数31060DRIVE_AX_RATIO_NUMERAn-1减速箱丝杠端齿数1.5.6 NC进给速度设置轴参数号参数名单位输入值参数定义32000MAX_AX_VELOmm/Min3000最大轴速度G0032010JOG_VELO_RAPIDmm/Min1000点动快速32020JOG_VELOmm/Min500点动速度32260RATED_VELORPM3000电机额定转速36200AX_VELO_LIMITmm/Min3000坐标速度极限1.5.7 参考点参数设置轴参数号参数名单位输入值参数定义34010REFP_CAM_DIR_IS_MINUS-0/1减速开关方向0正34020REFP_VELO_SEARCH_CAMmm/Min1000寻找减速开关速度34040REFP_VELO_SEARCH_MARKERmm/Min200寻找零脉冲速度34070REFP_VELO_POSmm/Min50参考点定位速度34080REFP_MOVE_DISTmm0零脉冲后的位移34100REFP_SET_POSmm0参考点位置值1.6 主轴变频器的调试与应用1.6.1 变频器说明书的有关内容图1变频器接线图 控制端子说明 STF：正转启动。当STF信号ON时为正转，OFF时为停止指令。STR：反转启动。当STR信号ON时为反转，OFF时为停止指令。RH、RM、RL：多段数选择。可根据端子RH、RM、RL信号的短路组合，进行多段速度的选择。根据输入端子功能的选择（Pr.60Pr.63）可改变端子的功能。SD：接点（端子STF、STR、RH、RM、RL）输入的公共端子。10：频率设定用电源，DC5V，允许负荷电流为10mA。2：频率设定（电压信号）。输入DC05V（010V）时，输出成比例：输入5V（10V）时，输出为最高频率。5V/10V切换用Pr.73“05V，010V选择”进行。5：频率设定公共输入端。 变频器的有关设置参数：Pr.0：转矩提升。可把低频领域的电机转矩按负荷要求调整。Pr.1：上限频率。Pr.2：下限频率。Pr.3：基波频率。Pr.4、Pr.5、Pr.6：3速设定。通过外部接点信号的切换，即可选择不同的速度。Pr.7：加速时间。从0Hz开始加速到基准频率（Pr.20）所需的时间。Pr.8：减速时间。从基准频率（Pr.20）开始减速到0Hz所需的时间。Pr.9：电子过电流保护。Pr.30：扩展功能显示选择。0仅显示基本功能；1显示全部参数。Pr.73：0 5 V，0 10 V选择。Pr.79：操作模式选择，如下表。设 定 值内 容0用“PU/EXT”可切换PU（设定用旋钮，RUN键）操作或外部操作1只能执行PU（设定用旋钮，RUN键）操作2只能执行能够外部操作3运行频率启动信号用设定旋钮设定多段速选择420mA（仅当AU信号ON时有效）外部端子（STF、STR）4运行频率启动信号外部端子信号（多段数，DC05V）RUN键7PU操作互锁（根据MRS信号的ON/OFF来决定是否移往PU操作模式）8操作模式外部信号切换（运行中不可），根据X16信号选择1.6.2 数控系统主轴参数设置轴参数号参数名单位输入值参数定义30130CTRLOUT_TYPE-1主轴有10V输出30134IS_UNIPOLAR_OUTPUT0-0双极性主轴输出30240ENC_TYPE-2主轴带测量系统31020ENC_RESOLIPR1200编码器的分辨率32260RATED_VELORPM1400电机额定转速36200AX_VELO_LIMIT05RPM1500最大监控速度35110GEAR_STEP_MAX_VELOnRPM1400电机最大转速35130GEAR_STEP_MAX_VELO_LIMITnRPM1400主轴最大转速31050DRIVE_AX_RATIO_DENOMn-1主轴各档变比31060DRIVE_AX_RATIO_NUMERAn-1主轴各档变比2. HED-215数控系统综合实验台2.1 数控系统的组成HED21S数控系统综合实验台集成了数控装置、变频调速主轴及三相异步电动机、交流伺服单元及交流伺服电动机、步进电动机驱动器及步进电动机、测量装置、十字工作台。其具体组成如图61所示图61(a)为综合实验台外观，图61(b)为综合实验台组成框图。 图6-1 HED-21S数控系统综合实验台组成框图HED21S数控系统包括数控装置、由变频器和三相异步电动机构成的主轴驱动系统、由交流伺服单元和交流伺服电动机构成的进给伺服驱动系统(或由步进电动机驱动器和步进电动机构成的进给伺服驱动系统)，可实现主轴驱动系统的速度控制，进给伺服驱动系统的开环、半闭环控制。2.1.1 数控装置 该数控装置集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口于一体，还可自由选配各种类型的脉冲接口、模拟接口的交流伺服单元或步进电动机驱动器装置内部已提供标准车床控制的PLC程序，用户也可自行编制PLC程序。该数控装置采用国际标准G代码编程，与各种流行的CADCAM自动编程系统兼容，具有直线插补、圆孤插补、螺纹切削、刀具补偿、宏程序等功能，支持硬盘、电子盘等程序存储方式，可通过软驱、DNC、以太网进行程序交换， 图62为HNC21TF数控装置与其他装置、单元连接的总体框图和连线图，图63为HNC21TF数控装置接口图，图64为HNC21TF数控装置软驱单元接口图。 软驱单元提供35”软盘驱动器、RS232接口、PC键盘接口、以太网接口，需要通过转接线才可与HNC21数控装置连接使用2.1.2 变频调速主轴单元 变频主轴采用的是西门子MICROMASTER 440系列的6SE6440gUDgl-5AA0变频器配三相异步电动机。变频器采用矢量控制，使用三相交流380V电源，其最大功率(恒转矩)15kw，输入电流(恒转矩)39A，最大输出电流(恒转矩)40A，两个模拟轴入量010V，020 mA(或-1010V，020mA)电动机采用普通三相异步电动机，功率0.55 kW，转速1390rmm2.1.3 交流伺服驱动单元 交流伺服驱动单元采用的是松下MINAS A系列的MSDA023A1A伺服单元和MSMA022A1C伺服电动机MSDA023A1A与MSMAOZ2A1C构成闭环控制系统，提供位置控制、建度控制、转矩控制三种控制方式(需设置交流伺服参数，并修改相应连线)MSMA022A1C为小型小惯量电动机(功率200W，额定转遭3000rmin，额定转矩0.64Nm)，配11线2500P八增量式码盘。2.1.4 步进驱动单元 步进驱动单元采用的是雷塞M535步进驱动器和57HSl3步进电动机M535是细分型高性能步进驱动器，适合驱动中小型的任何两相或四相混合式步进电动机电流控制采用先进的双极性等角度恒力矩技术，具有每秒两万次的斩波频率在驱动器的侧边装有一排拨码开关组，可以用来选择分分精度，以及设置动态工作电流和静态工作电流57HSl3是四相混合式步进电动机，步进角为1.8，静转矩为1. 3 Nm，额定相电流为2. 8 A。2.1.5 输人输出装置 开关量输人输出装置采用的是HC53018输入接线端于板(见图65)和HC5301R继电器板(见图66)，作为HNC21数控装置XSlO、XSll、XS20、XS21接口的转接单元使用，以方便连接及提高可靠性输人接线端子板提供了NPN和PNP两种类型开关量信号输入接线端子，每块输入接线端子板有20个NPN(或PNP)开关量信号输入接线端于，最多可接受20路NPN(或PNP)开关量信号的输入继电器板集成了8个单刀单投继电器和两个双刀双投继电器，最多可接16路NPN开关量信号的输出及急停(两位与超程(两位)信号，其中8路NPN开关量信号的输出用于控制8个单刀单投继电器，剩下的8路NPN开关量信号的输出可通过接线端子引出，用来控制其他电器；两个双刀双投继电器可从外部单独控制2.1.6 工作台 X-Y工作台集成了雷塞57HSl3型四相混合式步进电动机、MSMA022A1C型交流伺服电动机、光栅尺和笔架机械部分采用了滚珠丝杠传动的模块化十字工作台，用于实现目标轨迹和动作X轴执行装置采用的是四相混合式步进电动机步进电动机没有传感器，不需要反馈，用于实现开环控制。Y轴执行装置采用的是交流伺服电动机交流伺服单元和交流伺服电动机组成了一个速度闭环控制系统。安装在交流伺服电动机轴上的增量式码盘充当位置传感器，用于间接测量机械部分的移动距离，可与其他部件构成一个位置半闭环控制系统；也可通过安装在十字工作台上的光栅尺直接测量机械部分移动的距离，与其他部件构成一个位置全闭环控制系统笔架可绘出工作台的运动轨迹，便于观察数控程序运行的结果 滚珠丝杠螺母副是数控机床的核心部件之一，它将伺服电动机的旋转运动转换为拖板或工作台的直线运动滚珠丝杠螺母与普通的丝杠螺母一样，是一种增力机械，将高速转动下的扭矩转换为低速移动下较大的推力如下图所示。丝杠与螺母力变换关系2.2 数控系统各部分的电气原理图 电源部分如图71所示 继电器与输入/输出开关量如图7-2、图7-3、图7-4、图7-5所示。 数控装置与手摇单元和光栅的连接如图7-6、图7-7所示。4)数控装置与主轴的连接如图78所示。5)数控装置与步进驱动器的连接如图79所示，其连接方法是；电动机绕组和，和短接后，再将电动机绕组A接驱动器的绕组A，将电动机绕组C接驱动器的绕组，将电动机绕组B接驱动器的绕组B，将电动机绕组D接驱动器的绕组。 数控装置与交流伺服单元的连接7)数控系统刀架电动机的连接如图711所示。 实验一 伺服驱动系统与变频器的参数的设置实验课时数：2学时 实验性质：验证性实验实验室名称：数控实验室（机械工程系）一、实验目的1、掌握数控机床进给轴参数的设置2、了解机床伺服驱动系统的控制3、掌握变频器的参数设定方法和应用4、掌握数控系统通过变频器控制主轴电机的方法二、实验设备THWZDC-1型 数控机床四合一电气控制与维修实训台3、 实验内容与步骤(一)伺服驱动系统参数的设置 1、连接好实训导线。注意DC24V的正负；2、接上外部电源，启动实训台；3、按 “区域转换”软键按“诊断”按“机床数据”软键进入机床数据窗口。4、按“轴数据”软件选择轴数据设置，按“菜单扩展键”进入图1所示界面：图15、用“轴+”、“轴-”选择控制轴（车床时只需设置X和Z轴参数，铣床三个轴都要设置），按“搜索”软键，在出现的界面中输入“30130”，按“确认”进入30130参数位置。图26、将MD30130的参数设置成1（伺服电机）。按“回车/输入”键确认。7、按照上述方法，设置NC轴系统参数如下：注意：在参数设置窗口的右上角会显示当前轴的轴号，建议在设置轴数据时各个轴分开设置，即设置完X轴后再按“轴+”或者“轴-”切换到其他轴，以免混淆。 MD30130 = 1伺服电机MD30240 = 2TTL编码器 MD34200 = 1电机编码器参考点脉冲8、设置伺服电机参数如下： MD31020 = 2500 编码器每转脉冲数2500 MD31400 =1000编码器每转脉冲数10009、NC进给速度设置如下：MD32000 = 3000最大轴速度G00为3000mm/minMD32010 = 1500快速点动速度为1500mm/minMD32020 = 1000点动速度为1000mm/minMD32260 = 3000额定转速为3000rpmMD36200 = 3000坐标速度极限3000mm/min10、参考点参数设置如下：MD34010 = 0正方向回参考点MD34020 = 2000 寻找减速开关速度1000 mm/minMD34040 = 500回参考点速度200mm/minMD34070 = 200参考点定位速度50mm/minMD34080 =-2 零脉冲后的位移为0mmMD34100 = 0参考点位置为011、数据存储并重新上电启动。12、把“进给驱动”模块X轴驱动器控制部分的“正转禁止（RSTP）”和“反转禁止（FSTP）”钮子开关打到OFF，其余为OFF；13、回参考点操作按“回参考点键”进入回参考点功能，按住“X轴正向点动键”；X轴回参考点完毕后，依次对Y、Z轴回参考点操作。在回参考点过程中观察各轴的点动速度。 14. 按“JOG”键，进入点动功能，按“X”、“”、“Y”、“Y”、“”或“”键进行点动操作。按“增量选择键”改变点动的增量值，重新按“X”、“”、“Y”