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1、实验 一 系统的组成与硬件连接一、实验目的1 了解数控铣床电气部分的组成以及数控系统各接口的作用。2 了解实训台的电气控制电路的原理。3 熟悉实训台导线的连接以及启动停止的控制过程。二、实验设备1 THWMDH-1 型 数控铣床电气控制与维修实训台2 万用表三、实验预习1 数控铣床电气部分的组成通常来说，数控铣床的电气部分是由数控系统、主轴传动装置、进给传动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却系统以及辅助运动装置组成。2 数控系统接口HNC-21M 数控系统各接口以及系统与其它装置、单元连接的总体框图如下所示。图 3-1-1 总体连接框图XS1：电源接口，本系统采用直流电源供电，供电电压为 DC
2、24V，功率不低于 150W。XS2：外接 PC 键盘接口，外接 PC 键盘可以代替 MDI 键盘使用。XS3：以太网接口，通过网口与外部计算机连接，也可以先连接到集线器上，再接入局域网，与局域网上的其它任何计算机连接。XS4：软驱单元，为系统的数据交换单元，该单元可为系统扩展软盘数据交换、外接键盘、串口和以太网等功能，本系统没有使用。XS5：RS232 接口，数控系统通过 RS232 口与 PC 计算机连接。XS6：远程输入输出板，用于远程输入输出信号的连接，本机床没有扩展。XS8：手持单元接口，用于连接与手轮有关的轴选和增量倍率选择。XS9：主轴控制接口，包括主轴速度模拟电压指令输出和主轴
3、编码器反馈信号输入。XS10、XS11：输入开关量接口，用于限位信号、参考点信号以及其它检测信号的输入。XS20、XS21：输出开关量接口，用于输出主轴正反转、冷却液开等控制信号。XS30 到 XS33：脉冲进给驱动接口，用于控制步进电机驱动装置、脉冲接口伺服驱动装置，最多可以控制 4 个进给轴。XS40 到 XS43：配置华中 HSV-11 伺服驱动装置接口。本连接框图将 HNC-21M 数控系统的所有接口功能做了详细的说明，在实际应用中，应根据用户需求进行选配。3 数控铣床的电气控制原理本实训台采用弱电控制强电的方式设计，操作安全，运行可靠。主电路的电气控制原理示意图如图 3-1-2 所示
4、，它是由带漏电保护的空气开关（QF1） ，普通空气开关（QF2、QF3 和 QF4） ，24V/36V 直流电源，保险丝（FU） ，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）等组成。图 3-1-2 电气控制原理示意图打开总电源开关 QF1，使 24V 直流电源得电；打开钥匙开关 SA1，按下启动按钮 SB2，使中间继电器 KA0 线圈得电，KA0 的常开触点吸合并自锁，同时其另一对常开触点使交流接触器 KM0 线圈得电，从而使 KM0 的常开触点吸合；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
5、器及主轴电机得电；若空气开关 QF4 接通，则36V 直流电源得电，继而使 X、Y 和 Z 轴驱动器及各轴电机得电。实际铣床电气控制回路一般采用三相 380V 供电，但系统启停控制的原理相同。铣床电路中一般还具有控制变压器和驱动变压器，变频器采用三相 380V 供电。具有冷却泵和润滑泵，它们的电源由数控系统的输出信号（低电平有效）进行控制。以冷却泵为例，系统输出冷却信号，使相应的继电器得电，从而使相应的交流接触器线圈有电，该交流接触器的常开触点闭合，使冷却泵开始工作。四、实验内容与步骤1 在进行各项目的实训时，要进行相应导线的连线，保证实训台的正常运行。1.1 电源部分的连接：将“+24V 输
6、出”端对应连接到输入/输出、系统输入和系统输出模块的“+24V 输入”端。1.2 主轴控制部分的连接：将输入/输出模块中 Q1.0 继电器的常开触点连接到主轴控制模块的“STF” ；将输入/输出模块中 Q1.1 继电器的常开触点连接到主轴控制模块的“STR”；将输入/输出模块中 Q1.0 和 Q1.1 继电器的公共端触点连接到主轴控制模块的“SD”；将信号与接口模块中主轴控制信号的“Vout”和“GND”分别连接到主轴控制模块的“2”和“5” 。1.3 X/Y/Z 轴控制部分的连接：将控制信号输出模块中 X 轴、Y 轴和 Z 轴的控制信号依次对应连接到进给驱动模块的 X 轴、Y 轴和 Z 轴控
7、制信号接口；将信号接口模块参考点信号输出的“X 轴” 、 “Y 轴”和“Z 轴”分别连接到输入/输出模块中的“I1.0” 、 “I1.1”和“I1.2”端子。1.4 手轮控制部分的连接：将手轮单元进给轴选择处的“X” 、 “Y”和“Z”分别连接到系统输入模块的“I4.0” 、 “I4.1”和“I4.2”端；将手轮单元倍率选择处的“1” ，“10”和“100”分别连接到系统输入模块的“I4.4” 、 “I4.5”和“I4.6”端；将“+24V 输出”的“-”端连接到手轮单元进给轴选择和倍率选择处的“COM”端。注意：当上述接线正确，输入接口的所有钮子开关为都拨到 OFF 状态，实训台才能正常运行
8、；红色弱电座和黑色弱电座为直流电源的输入/输出，红色为电源正，黑色为电源负，请谨慎接插，避免出错，否则会短路或导致元器件的损坏。2 实训台的启动结合图 3-1-2 的电气控制原理示意图，熟悉实训台启动的步骤。2.1 实训台通电前确保数控系统上的“急停”按钮被按下，确保电源控制与指示部分的“急停”按钮处于松开状态。2.2 将总电源开关 QF1 合上，交流 220V 电压进入实训台，红色指示灯亮、电压表和电流表显示实训台的工作电压和电流。2.3 将钥匙开关打到“开” ，按下启动按钮 SB2，继电器 KA0 线圈得电，其常开触点闭合并自锁，同时使 KM0 线圈得电，其常开触点闭合。2.4 依次合上空
9、气开关 QF4（进给轴） 、QF3（主轴）和 QF2（CNC） 。由于数控系统的“急停”按钮被按下，主轴控制部分和进给驱动部分暂时不得电，只有数控系统得电启动。2.5 系统上电完成后，进入软件操作界面，系统处于急停状态，为控制系统的运行需右旋并释放数控系统上的“急停”按钮，使系统复位并接通进给轴和主轴电源。2.6 为了给输入输出信号接口提供直流 24V 电源，将电源控制与指示单元的“24V 输出”处的钮子开关拨到上方，其指示灯点亮；用万用表测量此处的电压是否为 DC24V。2.7 实训台启动完成。3 实训台的停止3.1 完成实训内容后，关闭所有连接在实训台插座上的仪器仪表或其他设备，拔下其电源
10、插头，按下数控系统上的“急停”按钮。3.2 按下停止按钮 SB1，将钥匙开关打到“关” 。3.3 依次断开 CNC、主轴、进给轴的空气开关 QF2 到 QF4，将“+24V 输出”处的钮子开关拨到下方。3.4 断开总电源开关 QF1，将实训台电源插头从插座上拔下，整理导线和实训台。说明：在机床运行过程中，若发现任一电机运行异常或系统出错，按下数控系统上的“急停”按钮，CNC 即进入急停状态，进给轴和主轴立即停止工作。排除异常后，松开“急停”按钮，使数控系统进入复位状态。注意：解除急停前，应先确认故障原因是否已经排除，而急停解除后应重新执行回参考点操作，以确保坐标位置的正确性。在上电和关机之前应
11、按下数控系统上的“急停”按钮，以减少对设备的电冲击！五、思考题根据数控铣床的电气控制原理，试设计一个数控铣床的电源控制电路，要求：1 采用三相四线制 AC380V 供电。2 X/Y/Z 轴驱动器采用 AC220V 供电，由驱动变压器提供。3 主轴变频器采用三相 380V 供电。4 冷却泵采用三相 380V 供电，由数控系统控制，I/O 口自定。实验二 进给驱动单元的调试与应用一、实验目的熟悉步进驱动器的相关知识以及细分的设定方法，了解机床进给驱动系统的控制方法；熟悉机床伺服驱动系统的控制和有关伺服参数的设置方法。二、实验设备THWMDH-1 型 数控铣床电气控制与维修实训台、THWMDF-1
12、型 数控铣床电气控制与维修实训台三、实验预习（1）华中数控系统实训台进给轴均采用雷赛机电最新推出的 3MD560 型三相混合式步进驱动器，它是采用精密电流控制技术设计的高细分三相步进驱动器，由于采用了先进的纯正弦电流控制技术，能大幅度降低电机运转时的噪声和振动，使得三相步进电机运转时的噪声和平稳性趋近于伺服电机的水平。1 步进电机的控制原理步进电机是一种将电脉冲信号转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（步距角） ，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。其准确定位是通过控制脉冲个数，从而控制角位移量；而调速是通过控制脉冲频率，从而
13、控制电机转动的速度。2 驱动器工作原理脉冲信号一般由单片机或 CPU 产生，一般脉冲信号的占空比为 0.30.5 左右，电机转速越高，占空比就越大。对于一个驱动系统来说，功率放大是一个很重要的部分，步进电机在一定转速下的转矩取决于其动态平均电流，而非静态电流，平均电流越大，则电机力矩越大，但这需要驱动系统尽量克服电机的反电势。不同的场合采用不同的驱动方式，一般有恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分等几种。3 驱动器接口和接线1）P1接口描述信 号 功 能PUL+（+5V）PUL-（PUL） 脉冲信号：单脉冲控制方式时为脉冲控制信号，此时脉冲上升沿有效。DIR+（+5V）DIR-（DIR）方
14、向信号：单脉冲控制方式时为高/低电平信号，电机的初始运行方向与电机的接线有关，互换任一相绕组可以改变电机的初始方向。ENA+（+5V）ENA-（ENA）使能信号：此输入信号用于使能/禁止，高电平使能，低电平时驱动器不工作，一般情况下悬空。2）P2接口描述名 称 功 能GND 直流电源地VDC 电源正极（DC18VDC50V，推荐值为36V）U 电机U相V 电机V相W 电机W相4 电流、细分拨码开关设定3MD560驱动器采用八位拨码开关设定细分精度、动态电流和半流/全流。详细描述如下：5 电流设定（1）工作（动态）电流设定SW1SW4四位拨码开关用于设定电机运行时的电流，电流设置方式见驱动器。（
15、2）停止（静态）电流设定SW5为“off”脉冲串停止后约0.2秒左右电流自动减至一半左右（实际值的60%），发热量理论上减至36%；SW5为“on”，脉冲串停止时电流不变，因此电机保持转矩不变，但电机发热量较大，推荐设定为“off”。 2）细分设定细分精度由SW6SW8三位拨码开关设定，具体设定方式见驱动器上的图表。6 典型接线方式驱动器采用典型值DC36V供电，驱动器接收控制器的脉冲信号和方向信号后，以相应的脉冲驱动电机运行。3MD560配三相电机的接法如下图所示，若电机转向与期望转向不同，仅交换U、V、W三相中任何两相的位置即可。图3-5-4 典型接线方式7 保护功能7.1 过压保护当电源
16、电压为DC52V时，保护电路动作，电源指示灯变红，保护功能启动。7.2 电机线圈匝间短路保护电机接线线圈绕组短路或电机自身损坏时保护电路动作，电源指示灯变红，保护功能启动。当以上保护功能启动时，电机轴失去自锁力，电源指示灯变红。若要恢复正常工作，须确保以上故障消除，然后重新上电，电源指示灯变绿，电机轴锁紧，驱动器恢复正常。注意：由于驱动器不具备电源正负反接保护功能，因此，上电前确认电源正负极接线是否正确，正负极接反将导致烧坏驱动器中的保险管。（2）FANUC 0i Mate -MC 数控系统数控机床的进给伺服系统是数控装置与机床本体间的电传动联系环节，也是数控系统的执行部件。伺服，英文为“servo” ，本意是“服从”的含义。伺服是指有关的传动或运动参数均严格按照数控装置的控制指令实现，这些参数主要包括运动的速度、运动的方向或运动参数的起止点。数控机床的性能在很大程度上取决于进给伺服系统的性能。进给伺服系统是以机床移动部件位置为控制量的自动控制系统，它根
