数控机床电气控制实 验 指 导 书 张 冉唐山工业职业技术学院实验一 数控综合实验台的部件认识实验一、实验目的：1、了解数控机床的加工过程控制原理；2、认识数控综合实验台部件组成，掌握各部分的主要作用；3、理解数控机床电气控制系统的组成以及控制原理二、实验内容认识 HED-21S 数控综合实验台的数控装置、伺服系统、电动刀架、低压电器以及其他组成部件三、仪器设备• HED-21S 数控综合实验台一台四、实验步骤1、认识实验台的数控装置：型号：“世纪星”HNC-21TF 车床数控装置——武汉华中数控股份有限公司操作面板：显示区、NC 键盘区、机床控制面板区• 作用：数控机床的大脑——发出控制信号华中世纪星 HNC-21 数控装置的接口定义：XSl —电源接口 ;XS2 —外接 PC 键盘接 ; XS3 —以太网接口； XS4 —软驱接口； XS5 — RS232 接口； XS6 —扩展 I ／ 0 板接口； XS8 —手持单元接口； XS9 —主轴控制接口； XSl0 ， XS11 —输入开关量接口； XS20 ， XS21 —输出开关量接口； XS30 ～ XS33 —模拟式、脉冲式 ( 含步进式 ) 进给轴控制接口；XS40 ～ XS43 ——串行式 HSV 一 11 型伺服轴控制接口； ( 若使用软驱单元，则 XS2 、 XS3 、 XS4 、 XS5 为软驱单元的转接口 ) 2、认识数控机床的输入/输出装置作为 HNC-21 数控装置 XS10、XS11、XS20、XS21 接口的转接单元。
实验台输入/输出装置采用：HC5301-8 输入接线端子板：含有 20 位开关量输入端子HC5301-R 继电器板（输出板）：16 位开关量输出端子和急停（两位）与超程（两位）端子；继电器板上集成了八个单刀单开继电器和两个双刀双开继电器，其中 8 路开关量信号输出用于控制八个单刀单开继电器，剩下 8 路开关量输出通过接线端子引出，可用来控制器其它电器• 3、伺服系统主轴伺服系统：0.55KW 三相交流异步电机 + 日立 SJ100-007HFE 变频器 半闭环控制X 轴伺服系统：深圳雷塞 M535 步进驱动器+ 雷塞 57HS13 四相混合式步进电机 开环控制Z 轴伺服系统：三洋 SANY0 Q 交流伺服驱动器+MSMA022A1C 伺服电动机 半闭环控制、闭环控制4、数控机床上的低压电器• 自动开关 QF（4 个）• 接触器（2 个）• 继电器（10 个）• 行程开关（6 个）• 按钮• 磁粉制动器（1 个）• 灭弧器（3 个）• 控制变压器（1 个）： AC380/AC220V/AC24V • 三相伺服变压器（1 个）： AC380/AC200V • 开关电源：AC220V/DC24V5、其它部件的认识• 电动刀架• 精密十字工作台• 光栅尺• 五 实验结果记录HED-21S 数控综合实验台部件清单部件序号 部件名称 部件型号 数量 作用1 2 3 4 5 6 7 8 9 实验二 数控综合实验台电气控制分析实验一、实验目的1、使学生掌握电气控制原理图的识别方法和步骤；2、熟悉数控综合台各个组成部件的电气连接；3、掌握电动刀架的刀位选择控制线路控制过程。
二、实验内容1、按照数控综合实验台电气原理图，检查数控系统的接线；2、上电进行系统测试与调试；3、以刀架刀位选择线路为重点，分析其电气控制过程以及信号的传递过程，同时观察实验三、仪器设备• HED-21S 数控综合实验台一台 工具包 综合实验台电气原理图册一本四、实验步骤1、首先按照《数控综合实验台电气原理图 》，一一检查数控实验台的连线是否正确；• （1 ）主电源电源回路的连接• （2 ）数控系统刀架电机的连接• （3 ）数控系统继电器和输入输出开关量控制接线的连接• （4 ）数控装置和手摇单元的连接• （5 ）数控装置和步进电机驱动器、变频器、交流伺服驱动器的连接• （6 ）工作台上的电机电源线、反馈电缆及其其它控制信号线的连接①电源部分图 1 电源部分接线图②继电器与输入/输出开关量图 2 继电器部分接线图图 3 继电板部分接口图 4 输入开关量接线图图 5 输出开关量接线图③数控装置与手摇单元和光栅尺图 6 手摇单元接线图图 7 数控装置与光栅尺连接④数控装置与主轴的连接图 8 数控装置与主轴连接⑤数控装置与步进驱动单元连接图 9 数控装置与步进驱动单元的连接⑥数控装置与交流伺服单元的连接图 10 数控系统与交流伺服单元的连接⑦数控系统刀架的连接图 11 刀架电动部分• 2、数控系统的调试• 在所有的连接正确后，进行实验台的调试实验（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合上空气开关 QF4• ④合上空气开关 QF3• ⑤合上空气开关 QF2• （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；系统默认进入 “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“+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”、“一 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、电动刀架刀位选择控制回路的分析①在电气原理图中找出刀架电机的控制回路，并进行简单分析得出KM1、 KM2 控制电机的正反转，并检查接触器的线圈、主触点以及辅助触点的接线• ②在电气原理图上，找出控制接触器线圈得失电得是 KA4、KA5 ，并在综合实验台上找出这两个继电器；• ③查找电路图上控制 KA4、KA5 的回路，并在实验台上查找实物；• ④分析输出信号的来源；• ⑤绘制刀架控制回路的信号传递总图4、刀架刀位选择线路的控制过程• 按下刀位选择按键，选择不同的刀号，再按一下刀位转换按键，观察KA4、KA5 的指示灯，KM1、KM2 、刀架的动作情况并记录5、关机 • ①按下急停按钮• ②断开空气开关 QF2• ③合上空气开关 QF3• ④合上空气开关 QF4• ⑤合上空气开关 QF1 五、实验结果记录1、记录上电后按下操作面板上控制按键时，机床的动作情况。
2、绘制电动刀架电气原理图3、绘制电动刀架的信号传递总图 实验三 数控综合实验台电气故障设置与分析实验一、实验目的 1、使学生掌握电气控制原理图的识别方法和识图步骤；2、熟悉数控综合台各个组成部件的电气连线；3、掌握数控机床电气故障的设置与分析的方法二、实验内容1、按照数控综合实验台电气原理图，检查数控系统的接线；2、上电进行系统测试与调试；3、在数控综合实验台上设置典型故障，观察实验现象，并分析故障原因得出重要的结论4、将实验台的连线恢复原样，开机检查工作台是否能正常工作，若能关机，整理实验结果三、仪器设备• HED-21S 数控综合实验台一台 工具包 综合实验台电气原理图册一本四、实验步骤1、首先按照《数控综合实验台电气原理图 》，一一检查数控实验台的连线是否正确；• （1 ）主电源电源回路的连接• （2 ）数控系统刀架电机的连接• （3 ）数控系统继电器和输入输出开关量控制接线的连接• （4 ）数控装置和手摇单元的连接• （5 ）数控装置和步进电机驱动器、变频器、交流伺服驱动器的连接• （6 ）工作台上的电机电源线、反馈电缆及其它控制信号线的连接• 2、数控系统的调试• 在所有的连接正确后，进行实验台的调试实验• （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合上空气开关 QF4• ④合上空气开关 QF3• ⑤合上空气开关 QF2• （2）系统功能检查• ①拔起急停按钮，系统复位；• ②按压+X，-X，+Z ，-Z 按键，检查工作台 X、Z 轴是否正常进给；• ③按下回零按钮，再按下+X，+Z，检查是否回到参考点；• ④主轴功能检查 ——主轴正、反转与停止，检查主轴是否正常工作；• ⑤刀号选择按钮，选择所需的刀号，再按刀位转换按键，检查刀架是否正常工作，能否准确换刀；• ⑥调入或编写一个演示程序自动运行，观察十字工作台的运动情况。
3、设置典型故障• 在系统运行正常，实验台各个部件运行正常情况下，进行一些常见的故障现象的设置实验，记下设置故障后的故障现象，并得出相应的结论分析，在设置故障的过程中，首先根据电气原理图中的连线图，找出实物，然后在断电的情况下拆线，用绝缘胶带将电线包裹，开机观察故障现象并做相应的记录，然后断电并将线接好，再进行下一个故障的设置4、在设置完故障后，将实验台的连线恢复原样，开机进行功能测试5、在实验台一切正常的情况下，关机• ①按下急停按钮• ②断开空气开关 QF2• ③合上空气开关 QF3• ④合上空气开关 QF4• ⑤合上空气开关 QF1，整理实验结果 五、实验结果记录注意：做实验时注意安全，不要将电源线裸露在外，拆下的电线要用绝缘胶带进行包裹，不允许带电拆装电 线故 障 设置序号 故障设置方法 故障现象 故障原因1 将实验台的三相电源中的 U 相去除，观察实验台出现的现象，并记录下来 2 将实验台的三相电源中的 W 相去除，观察现象，并记录下来 主轴电机的电源线取消一相，电机运行状态 将变频器的电源取消一相，观察电机运行状态 将主轴电机的电源相序任意调换两相，电机运行状态 3 主轴部分将变频器接线端子上的 50。