数控系统电器连接与调试实验.docx
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数控系统电器连接与调试实验.docx
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数控系统电器连接与调试实验
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)、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。
(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)、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。
①、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
②、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.
③、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)。
④、合上QF2,测量QF2输出端和TC2初级线圈、次级线圈的电压。
⑤、合上QF4,这时开关电源VC1的指示灯亮,测量开关电源VC1的输出电压(应为+24)。
⑥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。
①、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)
②、参照图四连接数控系统的输入开关量。
③、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。
①参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连接
②参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。
①参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)
②连接数控装置和主轴变频器信号线。
③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。
①参照图九连接步进电动机驱动器和步进电动机。
②连接步进电动机驱动器的电源。
③连接数控装置和步进电动机驱动器。
④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)
①参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。
②连接交流伺服单元的.电源。
③连接数控装置和交流伺服单元的信号线。
④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
<1)线路检查。
由强到弱,按线路走向顺序检查以下各项。
①变压器规格和进出线的方向和顺序。
②主轴电动机、伺服电动机强电电缆的相序。
③DC24V电源极性的连接。
④步进电动机驱动器(或称步进驱动器)直流电源极性的连接。
⑤所有地线的连接。
图十 数控系统电气原理图(交流伺服单元)
图十一 数控系统电气原理图(刀架电动机部分)
(2)系统调试。
1)通电。
①按下急停按钮,断开系统中所有空气开关。
②合上空气开关QF1。
③检查变压器TC1电压是否正常。
④合上控制电源DC24V的空气开关QF4,检查DC24V是否正常。
HNC-21TF数控装置通电,检查面板上的指示灯是否点亮,HC5301-8开关量接线端子和HC5301-R继电器板的电源指示灯是否点亮。
⑤用万用表测量步进驱动器直流电源+V和GND两脚之间电压(应为DC十35V左右),合上控制步进驱动器直流电源的空气开关QF3。
⑥合上空气开关QF2。
⑦检查变压器TC1的电压是否正常。
⑧检查设备用到的其他部分电源的电压是否正常。
⑨通过查看PLC状态,检查输人开关量是否和原理图一致。
2)系统功能检查。
①左旋并拔起操作台右上角的“急停”按钮,使系统复位;系统默认进人“手动”方式,软件操作界面的工作方式变为“手动”。
②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“十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”、“-Z”键可使Z轴产生正向或负向的连续移动。
③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。
④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。
⑤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。
⑥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。
⑦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)关机。
①按下控制面板上的“急停”按钮。
②断开空气开关QF2、QF3。
③断开空气开关QF4。
④断开空气开关QF1,断开380V电源。
3.故障现象及诊断
(1)如果数控装置出现故障,对照设备说明书,查找并排除故障。
(2)如果主轴出现故障,对照设备说明书,,查找并排除故障。
(3)如果步进驱动器出现故障,见实验十三的附录一,查找并排除故障。
(4)如果交流伺服单元出现故障,见实验十四的附录一、二,查找并排除故障。
五、实验总结
(1)总结数控系统连接、调试的一般步骤和方法。
(2)简述交流伺服驱动系统、步进驱动系统采用的控制方式,分析这两种控制方式的区别
(3)根据实验过程中出现的问题,写数控系统故障的一般分析和判断的方法
六、实验报告
(1)画出本实验数控系统的电气控制回路、电源回路连接析电气原理图。
(2)如果实验过程中出现故障,写出关于故障现象及所采取的措施的处理报告。
实验四、数控系统的参数设置与调整
一、实验目的
(1)熟悉并掌握数控系统参数的定义及设置方法。
(2)了解参数设置对数控系统运行的作用及影响。
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。
三、实验内容与步骤
(1)连接数控系统,并自行复查连线。
(2)数控系统参数的设置。
在本数控系统中,数控装置XS30口接脉冲接口的松下交流伺服,作为数控系统的X轴,指令脉冲形式为单脉冲;交流伺服电动机转动一圈码盘反馈2500个脉冲,脉冲形式为A,B相脉冲。
通常部件号为0,轴号为O。
数控装置XS31口接步进电动机驱动器M535,作为数控系统的Z轴,指令脉冲形式为单脉冲;步进电动机转动一圈对应的脉冲数为1600,步进电动机的拍数为4。
通常部件号为1,轴号为1。
数控装置XS32口接光栅尺,光栅尺反馈的是脉冲信号,脉冲形式为A,B相脉冲。
通常部件号为2,轴号为2。
数控装置XS8口接手摇脉冲发生器。
通常部件号为24,标识为31。
数控装置XS9口接变频器。
通常部件号为22,标识为15。
数控装置XS10口接输人开关量。
通常部件号为21,标识为13。
数控装置XS20口接输出开关量。
通常部件号为21,标识为13。
数控装置面板按钮的输人/输出量。
通常部件号为20,标识为13。
①硬件配置参数的设置。
表1 硬件配置参数的设置
在硬件配置参数中设置数控系统各部件的硬件配置参数,并将参数设置填人表1中。
②PMC系统参数的设置。
在PMC系统参数中设置数控系统PMC系统参数,并将参数设置填入表2中。
表2PMC系统参数的设置
(3)坐标轴参数的设置。
①X坐标轴参数的设置。
X坐标轴参数的设置如表3所示。
表3X坐标轴参数的设置
②Y坐标轴参数的设置。
光栅尺占用了一个轴接口,作为数控系统的Y坐标轴,因此光栅尺相当于电动机码盘的作用,但不是用来控制坐标轴,而是用来显示坐标轴的实际位置。
注意定位允差、最大跟踪误差必须设置为0,否则坐标轴一移动,系统就会报警。
Y坐标轴参数的设置如表4所示。
表4Y坐标轴参数的设置
③Z坐标轴参数的设置。
Z坐标轴参数的设置如表5所示。
表5Z坐标轴参数的设置
④通道参数的设置。
标准设置选“0通道”,其余通道不用,参数设置如表6所示。
表6 通道参数的设置
(4)数控系统参数的调整。
1)与主轴相关的参数的调整。
①确认主轴D/A相关参数的设置(在“硬件配置参数”选项和“PMC系统参数”选项中)的正确性。
②检查主轴变频驱动器的参数是否正确。
③用主轴速度控制指令(S指令)改变主轴速度,检查主轴速度的变化是否正确。
④调整设置主轴变频驱动器的参数,使其处于最佳工作状态。
2)使用步进电动机时有关参数的调整。
①确认步进驱动单元接收脉冲信号的类型与HNC-21TF所发脉冲类型的设置是否一致;
②确认步进电动机拍数(伺服内部参数P[0」)的正确性;
③在手动或手摇状态下,使电动机慢速转动。
然后,使电动机快速转动。
若电动机转动时有异常声音或堵转现象,应适当增加快移加减速时间常数、快移加速度时间常数、加工加减速时间常数,加工加速度时间常数。
3)使用脉冲接口伺服驱动单元时有关参数的调整。
①确认脉冲接口式伺服单元接收脉冲信号的类型与HNC-21TF所发脉冲类型的设置是否一致;
②确认坐标轴参数设置中的电动机每转脉冲数的正确性。
该参数应为伺服电动机或伺服驱动装置反馈到HNC-21TF数控装置的每转脉冲数;
③确认电动机转动时反馈值与数控装置的指令值的变化趋势是否一致。
控制电动机转动一小段距离,根据指令值和反馈值的变化,修改伺服内部参数P[1]或伺服内部参数P[2]的符号,直至指令值和反馈值的变化趋势一致。
④控制电动机转动一小段距离(如0.1mm),观察坐标轴的指令值与反馈值是否相同。
如果不同,应调整伺服单元内部的指令倍频数(通常有指令倍频分子和指令倍频分母两个参数),直到HNC-21TF数控装置屏幕上显示的指令值与反馈值相同。
⑤使调试的坐标轴运行10mm或10mm的整数倍的指令值,观察电动机是否每10mm运行一周,如果不是,应该同时调整轴参数中的伺服内部参数[1]、伺服内部参数[2]和伺服单元内部的指令倍频数参数。
例如(在完成上述步骤①一④后):
已知数控装置给出64mm的指令,要求电动机运行一周,应如何调整?
原伺服内部参数[1]:
原伺服内部参数[2]=1:
2
原伺服单元内部的指令倍频数参数等于2。
调整后新的相关参数为:
伺服内部参数[1]/伺服内部参数[2]的值减小为原来的10/64,即
伺服单元内部的指令倍频数参数增加为原来的64/10倍,即
通过以上步骤①一⑤参数调整,使得坐标轴的指令值与反馈值相同,HNC-21TF数控装置每发出坐标轴运动10mm的指令,伺服电动机运转一周。
此后,连接工作台时为适应丝杠螺距、传动比的变化,还需要调整轴参数中的外部脉冲当量分子(μm)和外部脉冲当量分母这两个参数。
五、实验总结
(1)列举几个常用数控装置参数的组成和分类。
(2)分析参数设置对数控系统运行的作用及影响。
(3)简述HNC-21TF数控装置参数的设置及调整方法。
六、实验报告
(1)填写表1、表2,如果X轴接步进电动机驱动器,Z轴接交流伺服,那么数控装置的硬件配置参数、坐标轴参数、通道参数该怎样设置?
(2)如用HNC-21TF车床数控装置、松下MSDA023AlA交流伺服单元、MSMA022AIC交流伺服电动机、光栅尺设计一个全闭环控制系统,该怎样设置和调整数控系统交流伺服轴的参数?
实验五、可编程控制器(PLC)编程与调试
一、实验目的与要求
(1)了解PLC的基本原理和结构,了解内置式PLC的实现原理。
(2)了解用C语言编写PLC程序的方法,掌握数控系统PLC的调试方法。
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)万用表一个。
三、实验内容
(1)PLC编程。
用华中数控系统内置式PLC实现如图1所示线路的逻辑操作:
图1 逻辑操作实例
X1.3、X1.4采用两个乒乓开关输人低电平(即系统称为100)来实现逻辑操作,而KA5、KA6在HC5301-R输出继电器板上。
①在DOS提示符下输人如下命令:
C:
\HNC-21\PLC\EDITPLCTEST.CLD(回车)
建立一个文本文件,并命名为PLCTEST.CLD,其内容如下:
#pragmainline
#include"PLC.h"
voidinit()
{
}
voidplcl(void)
{plcl_time=16;
if(((X[1]&0X08)==OX08)&&((X[1]&0X10)==0))
{Y[1]&=~0X40;
Y[1]=0X20;
}
else
if(((X[1]&0X08)==0)&&((X[1]&0X10)==0X10))
{Y[1]&=~0X20;
Y[1]=0X40;
}
elseY[1]&=~0x60;
}
voidplc2(void)
{plc_time=32;
}
②在DOS提示符下输人如下命令:
C:
\HNC-21\PLC>EDITMAKEPLC.BAT(回车)
建立一个批处理文件TEST.BAT,其内容如下:
copyPLCTEST.CLDplc.cld回车)
mack_fplc(回车)
copyPLCTEST.COM
del*.obj
del
delnlc.cld
然后运行TEST(<回车>即可)。
如编译过程不报错误,则编译成功;否则,查编译错误。
③编译成功后,须在DOS提示符下输人:
C:
\HNC-21>EDITNCBIOS.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-21>N<回车>//进入数控系统
C:
\HNC-21\PLC>makeplcplctest.cld<回车>
(如编译过程不报错误,则编译成功;否则,查编译错误。
)
④编译成功后,须在DOS提示符下输人:
C:
\HNC-21>EDITNCBIOS.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-21>N(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。
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。
①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。
②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系统应该报警显示:
X轴正极限报警。
③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。
④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。
⑤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。
⑥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。
⑦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
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