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1、创新与选作实验一 华中数控综合实验台认识实验方案设计2学时，实验方案实施2学时。一、实验设计参考目标1了解数控系统的特点、基本组成和应用。2了解数控系统常用部件的原理及作用。3熟悉数控系统综合实验台；4了解数控系统综合实验台的连接和基本操作。二、实验设计参考原理图1-1是华中数控综合实验台外观图，该试验台由数控装置、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、十字工作台组成。图1-1 华中数控综合实验台外观1华中数控综合实验台组成图1-2是华中数控综合实验台组成框图，图中除电源接口外，其它接口均可选用。1）数控装置HNC-21TF数控装置
2、内置嵌入式工业PC机，配置7.7”彩色液晶屏和通用工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口，内嵌式PLC于一体，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。HNC-21TF数控装置与其它单元的连接见图1-3。HNC-21TF数控装置各接口见图1-4。HNC-21TF数控装置软驱单元接口见图1-5，软驱单元提供3.5”软盘驱动器、RS232接口、PC键盘接口、以太网接口（该接口需要通过转接线才能与数控装置连接使用）。2）变频调速主轴单元变频主轴采用西门子MICROMASTER 440系列的SE6440-2UD21-5AA0变频器配三相异步电机。图1-2 HED
3、-21S数控系统综合实验台组成框图图1-3 数控装置与其它单元连接图变频器采用矢量控制，三相交流380V电源，功率范围（恒转矩）1.5KW，输入电流（恒转矩）3.9A，最大输出电流（恒转矩）4.0A，两个模拟量输入010V，020mA或 1010V，020mA。电机采用普通三相异步电机，功率0.55KW，转速1390r/m。3）交流伺服驱动单元交流伺服和交流伺服电机采用松下MINAS A系列的MSDA023A1A伺服单 图1-4 HNC-21TF数控装置接口图XS1电源接口 XS2外接PC键盘接口 XS3以太网接口 XS4软驱接口，XS5RS232接口 XS6远程I/O板接口 XS8手持单元接
4、口 XS9主轴控制接口 XS10、XS11输入开关量接口 XS20，XS21输出开关量接口 XS30XS33模拟式、脉冲式（含步进式）进给轴控制接口 XS40XS43串行式HSV-11型伺服轴控制接口图1-5 软驱单元接口图元和MSMA022A1C伺服电动机。MSDA023A1A与MSMA022A1C构成闭环控制系统，提供位置控制、速度控制、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为小型小惯量电机，配11线2500P/r增量式码盘，功率200W，额定转速3000r/min，额定转矩0.64Nm。4）步进驱动单元步进驱动器和步进电机采用深圳雷塞M535和5
5、7HS13。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机。电流控制采用先进的双极性等角度恒力矩技术，每秒两万次的斩波频率。驱动器侧边装有一排拨码开关组，可以用来选择细分精度，以及设置动态工作电流和静态工作电流。57HS13是四相混合式步进电机，步进角为1.8度,静转矩1.3Nm,额定相电流2.8A 。5）输入与输出装置图1-6是HC5301-8开关量输入接线端子板；图1-7是HC5301-R开关量输出继电器板。图1-6 HC5301-8输入端子板接口图输入接线端子板提供NPN和PNP两种类型开关量信号输入，每块输入接线端子板有20个NPN或PNP开关量信号输入
6、接线端子，最多可接20路NPN或PNP开关量信号输入。输出继电器板集成八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开关量信号输出及急停（两位）与超程（两位）信号，其中8路NPN开关量信号输出用于控制八个单刀单投继电器，剩下的8路NPN开关量信号输出通过接线端子引出，可用来控制其它电器，两个双刀双投继电器可由外部单独图1-7 HC5301-R输出继电器板XY工作台集成了雷塞57HS13四相混合式步进电机, MSMA022A1C交流伺服电机、光栅尺和笔架。控制。6）工作台机械部分采用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轴执行装置采用四相混合式步进电机，步进电
7、机没有传感器，不需要反馈，用于实现开环控制。Y轴执行装置采用交流伺服电机，交流伺服和交流伺服电机组成一个速度闭环控制系统。安装在交流伺服电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，构成一个位置半闭环控制系统；也可用安装在十字工作台上的光栅尺直接测量机械部分移动位移，构成一个位置闭环控制系统。三、实验设备、仪器、工具或材料1数控系统综合实验台一套2专用连接线一套3示波器一台4万用表一个 四、实验主要内容设计1感性认识华中数控综合实验台各组成部分。1）数控系统综合实验台各个组成部件、原理及作用。2）数控系统综合实验台各个组成部件之间的连接3）各个信号线来源和去向。2了解数控
8、系统综合实验台基本操作。1）数控系统综合实验台上电顺序；2）HNC-21TF车床数控装置基本操作；3）进入数控系统，运行演示程序。 五、实验设计注意事项请注意图1-8图1-19所示各接口引脚信号及其意义。引脚号信号名说明1、5AC24V1/2交流24V电源2DC24V直流24V电源3空4DC24V地6PE地7空图1-8 电源接口XS1引脚号信号名说明1DATA数据2空3GND电源地4VCC电源5CLOCK6空时钟图1-9 PC键盘接口XS2引脚号信号名说明1TX_D1+发送数据2TX_D1-发送数据3RX_D2+接收数据4BI_D3+空置5BI_D3-空置6RX_D2-接收数据7BI_D4+空
9、置8BI_D4-空置图1-10 以太网接口XS3引脚号信号名说明1L1减小写电流2L2驱动器选择 A3L3写数据4L4写保护5+5V驱动器电源6L5驱动器A允许7L6步进8L70磁道9L8盘面选择10GND驱动器电源地、信号地11L9索引12L10方向13L11写允许14L12读数据15L13更换磁盘图1-11 软驱接口XS4引脚号信号名说明1-DCD载波检测2RXD接收数据3TXD发送数据4-DTR数据终端准备好5GND信号地6-DSR数据装置准备好7-RTS请求发送8-CTS准许发送9-R1振零指示图1-12 RS232接口XS5信号名说明24V、24VGDC24V电源输出ESTOP2、E
10、STOP3手持单元急停按钮I32I39手持单元输入开关量O28O31手持单元输出开关量HA手摇A相HB手摇B相+5V、5VG手摇DC5V电源图1-14手持单元接口XS8引脚号信号名说明1EN+使能2SCK+时钟3Dout+数据输出4Din+数据输入5GND地6EN-使能7SCK-时钟8Dout-数据输出9Din-数据输入图1-13 远程I/O接口XS6信号名说明SA+、SA-主轴码盘A相位反馈信号SB+、SB-主轴码盘B相位反馈信号SZ+、SZ-主轴码盘Z脉冲反馈+5V、GNDDC5V电源AOUT1、AOUT2主轴模拟量指令输出GND模拟量输出地图1-15 主轴控制接口XS9 信号名说明24V
11、G外部开关量DC24V电源地I0I39输入开关量O0O31输出开关量ESTOP1，ESTOP3急停回路与超程回路的串联的接入端子OTBS1，OTBS2超程限位开关的接入端子图1-16 开关量输入接口XS10、XS11信号名说明24VG外部开关量DC24V电源地I0I39输入开关量O0O31输出开关量ESTOP1，ESTOP3急停回路与超程回路的串联的接入端子OTBS1，OTBS2超程限位开关的接入端子图1-17开关量输出接口XS10、XS11信号名说明A+、A-编码器A相位反馈信号B+、B-编码器B相位信反馈信号Z+、Z-编码器Z脉冲反馈信号+5V，GNDDC5V电源OUTA模拟指令输出(-20mA+20mA)CP+、CP-指令脉冲输出（A相）DIR+、DIR-指令方向输出（B相）图1-18 模拟接口式、脉冲接口式伺服 驱动器和步进电机驱动驱动 器控制接口XS30XS33信号名说明TXD数据发送RXD数据接收GND信号地图1-19 串行接口式（HSV-11系列）伺服驱动器控制接口 XS40XS43六、实验数据、现象参考记录表序号实验数据实验现象七、实验实施过程思考点1数控装置如何组成？2画出HED-21S数控系统综合实验台结构框图。3HED-21S数控系统综合实验台主要部件有哪些？各有什么作用？
