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1、 NIM-2000型数控系统综合实验装置使用说明与实验指导书南 京 第 二 机 床 厂 目 录第一章、NIM2000型数控系统综合实验装置简介第二章、实验实习项目第三章、资料附件 第一章 NIM2000数控系统综合实验装置简介一、产品简介：1、 NIM-2000数控系统综合实验装置是用于培养学生掌握数控机床的编程方法、数控机床电气设计、安装、调试、维修、故障诊断等实际动手能力的一套实用的实验实习装置。数控系统综合实验装置模块化设计，便于组合和扩展，也便于检查和调试，利用该装置可以使学员掌握数控机床电气组成、控制原理、电气设计方法，元器件的选择原则，能够掌握数控机床电气布局、安装、电气调试等方法
2、，能够模拟工业生产过程，达到工业生产现场实习效果。不仅可按照推荐的方式进行设计、安装、调试，也可根据各自情况对课程设置的要求，自行设计、组合安装、调试。更好地培养学生的动手能力和分析能力，该装置也可帮助科研技术人员进一步了解数控机床电气结构和进行数控机床系统的二次开发提供了条件。2、 NIM2000型数控系统综合实验装置中，主要的器件都选已用于工业 控制的工控产品，NIM-2000数控系统选用西门子802S等；步进驱动选用典型两相八拍或四相八拍电源驱动；主轴调速选用日本SANKEN SVS152变频器和FRU120 三菱变频器以及N2系列台安变频器等都是进口的高性能、高质量的三相异步电机调速装
3、置.二、 产品组成部分：NIM-2000数控系统综合实验装置是由数控车铣床系统（H）、电源控制（A）、 信号控制板（C）、进给控制板（E）、主轴调速板（B）、输入控制板（D）、中间控制板（F）以及刀架控制板（G）等八块实验板组成该装置的控制部分；执行件由步进电机、主轴电机、刀架电机以及编码器等组成。基本综合了数控机床主要的电器。（1） 数控车铣床数控系统可以是西门子802S、FR-3M等具有代表性的数控系统。（2） 输入控制板是用钮子开关、传感器（接近开关）等模拟数控机床现场信号输入。（3） 信号控制板是把数控系统输入输出信号对应引置实验板。（4） 中间控制板主要是把数控系统输出信号进行中间逻
4、辑转换，信号放大等作用的相关电气控制。（5） 电源控制板主要对各主要电器所需电源进行分配、保护，它们是开关电源、数控系统、变压器、步进驱动、变频器等。（6） 步进驱动板主要是驱动步进电机的控制器，它接收数控系统的脉冲信号，经环行分配及信号放大驱动步进电机。该驱动器及电机选用工程用90驱动和电机，接口通用性强。该驱动器可直接控制CK0630等数控机床步进电机。（7） 变频器板主要用于主轴调速，它接收数控系统输出信号，经变频放大后驱动主轴电机达到对异步电机方向和无级调速控制。该变频器选用台湾名牌台安N2系列变频器，另外车床实验中还用到光电编码器，用于加工螺纹控制。（8） 刀架控制板主要是车床专用自
5、动加工换刀实验板，工作原理是控制直流电机或异步电机，本实验装置提供单相电机控制的四工位刀架方式。注：在铣床控制系统的综合实验装置中是不需要刀架电机和刀架控制板。三、NIM-2000数控系统综合实验装置简介I、数控系统综合实验装置主要集中安装展示了车铣床电气控制系统的主要部件：数控车铣床系统、主轴变频调速系统、（两）三轴步进驱动器、三相异步电机、步进电机及刀架电机，布局图如图一： 图一、NIM2000型数控系统综合实验装置组成框图（1） 数控系统（西门子802S车床系统）（H）（2） 电源控制板（A）（3） 主轴调速板（B）（4） 信号控制板（C）（5） 输入控制板（D）（6） 进给驱动板（E）
6、（7） 中间控制板（F）（1） 数控系统简介 西门子802S是专为低端CNC机床市场开发的经济型CNC控制系统。该系统结构紧凑，在安装时只需少量的配置数据就可以使系统快速方便地与机床匹配。简单而友好的编程保证了生产的快速进行。系统可带两（三）个进给轴，系统采用带脉冲及方向信号的步进驱动接口，数控系统输出一个0+/-10V的接口。该系统还具有RS232通讯接口、用于接收参考点信号端子排、可以连接手轮、输入输出I/O端子，最多可以控制64入和64出PLC逻辑编程。具体功能可以参见802S手册。（2）电源控制板简介： 该电源控制板主要是对各主要器件所需电源进行分配和保护。 QF0-为总电源开关保护
7、QF1-为开关电源保护 QF2-为数控系统保护 QF3-为数控系统和变频器保护 FU1-为开关电源1#输出DC24V直流保护，其中有电压时信号指示，用于I/O24V电源。 FU2-为开关电源1#输出DC5V直流保护，其中有电压时信号指示 FU3-为开关电源2#输出DC24V直流保护，其中有电压时信号指示，电源专门用于CNC系统电源。 KM0-为交流接触器，线圈电压AC220V，作驱动部分电源通断用。 TR1-为步进驱动电源所需电压提供的变压器，原级输入AC220V，次级 输出 AC80V。 KA0-为让用户自行设计控制电路，中间继电器线圈电压为DC24V SB1-电气控制用钥匙开关 SB2-电
8、气控制用急停开关 该面板上还提供一个电源板AC220V电源输入插座，便于用户使用。用户通过该实验板 可以很清楚地了解数控车铣床主要基本的机床电器组成和控制。（3）输入控制板 该实验板主要提供车铣床中常见的数控系统输入信号：主要有T1T8最多八把换刀信 号，X、Y、Z三轴回零信号，三轴超程信号，同时实验板上还提供了八个PNP型传感器，以便于更真实模拟现场机床信号，各信号变化状态都可以由机床信号指示灯显示，直观明了，该信号灯都选用工业用优质信号灯。在实验板上提供了故障专用开关组SW1，主要用于设置模拟机床故障点。（4）信号控制板 该信号板把常见的数控车铣床数控系统输入输出信号都对应引入到电路板上，
9、输入信号主要有：急停、减速、超程解除等，X、Y、Z三轴回零信号，三轴正负超程信号、编码器输入，其中编码器所用+5V电源为CNC输出电源。输出信号主要有：主轴调速模拟信号，主轴换档，刀架电机控制正反（车床用）、冷却泵，润滑泵，辅助输出，进给控制最多四个轴控制。在实验板上提供了故障专用设置区，开关组SW2SW5，主要用于设置模拟机床故障点。具体故障设置如表（序号从左向右）。开关组123456SW2X0I0.0I0.7I0.2I1.5I1.6SW3Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.5Q1.0SW4P1D1E1EN1DN1PN1SW5A/AZ/ZSWBS（5） 中间控制板该中间控制板提供了12个直
10、流24V中间继电器K1K12，中间为公共电源，可方便用户使用。该电路板主要是在数控系统输出控制中起信号放大、逻辑电平转换控制用。在实验板上提供了故障专用开关组SW8，主要用于设置模拟机床故障点用户可以扩展，具体故障设置如表（序号从左向右）开关组123456SW8K1K2K3K9K8K7 （6）进给驱动板 该实验板提供了两（三）轴步进驱动装置，各轴把输入输出信号分别引入到实验板，一目了然，全开放式设计，可根据提供的资料设计、接线、调试。该步进电机驱动电源独立设计。步进驱动是二相八拍恒流斩波方式，电机是混合式步进电机， 各轴驱动具有电流保护功能，相电流可调，工作电压为AC80V/4A，50HZ/6
11、0HZ，由于输入电压为AC80V，因此须加一个变压器TC 220/80V，步进输出接执行件步进电机，输入信号为CP脉冲，CW/CCW为电机方向控制信号，HOLD为强电使能，ERR为步进驱动故障触点输出。在实验板上提供了故障专用开关组SW6，主要用于设置模拟机床故障点。 具体故障设置如表（序号从左向右）开关组123456SW6CP+CW/CCW+HOLD+A相步进驱动接口一般使用示意如图： 图二、步进驱动一般使用接线示意图 （7）主轴调速板变频调速器是通过改变电源频率从而改变电机转速，N2-201-M变频器可带负载0.75KW以下，输入控制模拟信号为15V、010V、420mA电压，强电输入22
12、0V，同时若有故障可报警输出，强电输出U、V、W控制三相电机，建议电机绕组接成三角形。在实验板上提供了故障专用开关组SW7，主要用于设置模拟机床故障点。 具体故障设置如表（序号从左向右）开关组12345678910SW7FWDREVSP1SP2SP3RESCOM+P- 变频器使用接线图如下： 图三、变频器接线示意图 II、执行机构简介。1、 实验装置接口位置图从背后看： 各接口插座管脚和功能J1：X轴步进电机管脚1234功能A/AB/BJ2：Y轴伺服电机管脚1234功能A/AB/BJ3：Z轴伺服电机管脚1234功能A/AB/BJ4：主轴伺服电机管脚1234功能PEUVW3、执行台后视图：J1：
13、X轴伺服电机管脚1234功能A/AB/BJ2：Y轴伺服电机管脚1234功能A/AB/BJ3：Z轴伺服电机管脚1234功能A/AB/BJ4：主轴伺服电机管脚1234功能PEUVW第二章 实验实习项目 实验一 NIM-2000数控系统综合实验装置电源控制实验实习预习了解机床电器的使用和一般电器基本知识，了解数控机床主电气组成。熟悉实验装置结构一、实习目的了解掌握数控车铣床电源分布控制及电气设计基本方法，掌握机床电器元件的选择、电气设计方法、布线与调试方法。理解机床电器在数控机床电气中的作用。二、 实习材料1） 实验装置电源控制板2） 专用接插件3） 万用表三、实验步骤1） 根据提供实验参考图，自行设计机床主电气图。 图四
