2024年5月13日发(作者：勇嘉澍)
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/DC24V
5、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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
部件名称
部件型号
数量
作用
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
1
2
故障设置方法
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
将实验台的三相电源中的W相去除，
故障现象
故障原因
3
4
5
6
7
8
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
主轴
将主轴电机的电源相序任意
部分
调换两相，电机运行状态
将变频器接线端子上的509
拆下，运行主轴电机观察现
象
将伺服驱动器的电源线拆掉
一相。伺服电机运行状态
进给
将伺服电机的电源线拆掉一
轴部
相，电机运行状态
分
将伺服驱动器上面的直流短
接端子拆下，观察伺服状态
将刀架电机电源去掉一相，
刀架
进行换刀操作
类
将刀架电机电源任意两相互
换，进行换刀操作
把HC5301-R继电器板的
外接24V1断开
将
24V1
将继电器KA10线圈上的
电源
24V1断开
断开
将继电器KA9触点上的
24V1断开
将HC5301-8输入接线板上的外接
24V电源断开
将系统输出端子与输出转接板之间的
互联电缆拆下，进入系统观察现象
实验四 数控综合实验台PLC编程与调试实验
一、实验目的
1、了解标准PLC基本原理和结构；
2、能够熟练修改标准PLC各个输入输出点及PLC所提供的各项功能；
3、了解用C语言编写PLC程序的方法，掌握数控系统PLC调试方法。
二、实验内容
1、主轴档位及PLC输出点定义实验；
2、主轴转速的调整；
3、刀架信号输入点定义。
4、用实验台所带的乒乓开关控制主轴的正反转。
5、将机床信号输入口XS10的输入电缆代替接口XS11
6、自动润滑功能的设定
7、华中数控PLC程序的编写及其编译
8、简单程序的编写与调试
三、仪器设备
•
HED-21S数控综合实验台一台 工具包 万用表 PC键盘一个
四、相关知识
（1）I／O信号与X／Y的对应关系
在“PMC系统参数”选项中给各部件(部件20、部件21、部件22)中的输
入、输出开关量分配占用的X、Y地址，即确定接口中各I／O信号与X／Y的
对应关系。
如图1所示：将部件21中的开关量输入信号设置为“输入模块0”，共30
组，则占用X [00]～X[29]；将部件20中的开关量输入信号设置为“输入模块
1”，共16组，则占用X[30]～X [45]；输入开关量总组数即为30+16=46
组。
将部件21中的开关量输出信号设置为“输出模块0”，共28组，则占用
Y[00]～Y[27]；将部件22中的开关量输出信号设置为“输出模块1”，共2组，
则占用Y[28]～Y[29]；将部件20中的开关量输出信号设置为“输出模块2”，
共8组，则占用Y[30]～Y[37]；输出开关量总组数即为28+2+8=38组。
号是一致的。
在“PMC系统参数”选项中所涉及的部件号与“硬件配置参数”选项中的部件
输入／输出开关量每8位一组，占用一个字节。例如HNC-21TF数控装置
XS1O接口的I0～I7开关量输入信号占用X [00]组，IO对应于X [00]的第0
位、I1对应于X [OO]的第1位……。按以上参数设置，I／O开关量与X／Y
的对应关系见表2。
图1 PMC系统参数中关于输入/输出开关量的设置
（2）I/O（输入/输出）开关量的接口
在系统程序、PLC程序中，机床输入的开关量信号定义为X(即各接口中的
I信号)，输出到机床的开关量信号定义为Y(即各接口中的O信号)。
将各个接口(HNC-21TF本地、远程I／O端子板)中的I／0(输入／输出)
开关量定义为系统程序中的X、Y变量，需要通过设置参数中的“硬件配置参数”
选项和“PMC系统参数”选项来实现。
类信号名X/Y地址
别
输
IO～I39X[00]～
入
X[04]
表2 I／O开关量与X／Y的对应关系
部件
号
模块号
说明
21
输入模块
O
XS1O、XS11输入开关
量
I40～ 保留
X[05]
I47
I48～X[06]～ 保留
I175X[21]
I176～X[22]～ 保留
I239X[29]
I240～X[30]～
输入模块
面板按钮输入开关量
20
I367X[45]1
输
O0～Y[OO]～
输出模块
XS20、XS21输出开关
出量
O31Y[03]O
开
O32～Y[04]～ 保留
21
关
O159Y[19]
量
O160～Y[20]～ 保留
地
O223Y[27]
址
O224～Y[28]～
输出模块
主轴模拟电压指令数
22
定
字输出量
O239Y[29]1
义
O240～Y[30]～
输出模块面板按钮指示灯输出
20
开关量
O303Y[37]2
HNC-21TF数控装置的输入／输出开关量占用硬件配置参数中的三个部件
开
关
量
地
址
定
义
(一般设为部件20、部件21、部件22)，如图2所示。
、主轴模拟电压指令输出的过程为：PLC程序通过计算给出数字量，再将数
字量通过转换用的硬件电路转化为模拟电压。PLC程序处理的是数字量，共16
位，占用两个字节，即两组输出信号。因此，主轴模拟电压指令也作为开关量
输出信号处理。
图2硬件配置参数中关于输入/输出开关量的设置
五、实验步骤
1、开机进入PLC配置界面，开始主轴档位及输出点定义实验，自动换档
为Y，本配置界面定义的输出点才有效，在变频换档或手动换档为Y时，应关
闭此菜单选项中的所有输出点。
•
2、主轴转速的调节
•
主轴转速是通过变频器与PLC中的相关参数来进行控制，标准PLC中的主轴
转速设定参数，主要包括：电机最大转速。设定所有速度上限、实测电机上限/
下限。
3、刀架信号输入点定义
•
（1）在标准PLC的刀库配置界面中对刀具输入点进行定义，在位编辑行对应
的编辑框中输入-1表示该输入点无效。在刀号输入点编辑框中输入“1”表示对应
的输入点在此刀位中有效，为“0”表示对应的输入点在此刀位中无效。
•
（2）当前系统刀架主持刀具总数为4把，输入的组为第1组，输入的有效为
4位，分别是X1.1、X1.2、X1.3、X1.4。
•
（3）刀架的正转为Y0.3，反转为Y0.4，如果PLC这样配置，编译后系统
正常运行。
•
（4）此时刀架运转正常，将PLC的刀架正反转输出信号Y0.3、Y0.4进行
互换，重新编译后，运行刀架有什么现象记录下来分析原因；
•
（5）将电断开，把输入接线板的刀架刀位信号X1.3、X1.4的输入位置向后
平移两个点，重新上电进行换刀操作，有什么现象，分析原因。
4、用实验台所带的乒乓开关控制主轴正反转
（1）进入车床标准PLC的编辑状态，按键ALK+K进入PLC配置界面；
（2）找到主轴正反转的输入点定义，并把它分别更改成X0.6、X0.7；
（3）这是退出PLC后编译，观察利用乒乓开关控制主轴正反转的实验现象，
并分析原因。
5、将机床信号输入口XS10的输入电缆代替XS11
将机床的输入口XS上的输入电缆接口接到XS11上面，然后通过更改标准
PLC的输入点进行调节。
（1）将PLC的输入点定义栏的各输入点记下，查出其对应的DB25插头
的管脚号；
（2）查出XS11和XS10相同管脚号对应的输入点；
（3）进入标准PLC的编辑界面，将PLC的输入点定义栏更改为XS11各
对应的输入点；
（4）退出PLC进行编译，然后进入系统检查系统是否正常运行。
6、自动润滑功能的设定
（1）进入PLC编辑状态，定义自动润滑开的输出信号点位Y0.6；
（2）退出PLC并进行重新编译；
7、华中数控PLC程序的编写及其编译
（1）在DOS环境下，进入数控软件系统的PLC目录；C：
HNC-21tfPLC
（2）敲入C：HNC-21tfplc>edit
(3)在数控系统的PLC目录下，修改。
（4）运行文件，系统就会对PLC的源文件进行编译。
（5）PLC源程序编译后，将产生一个DOS可执行的.com文件。
8、简单PLC程序的编写
进入系统文件PLC目录，利用DOS命令EDIT新建一个源程序文件
，源程序编写如下：
# pragma inline
#include “plc.h”
Void init (void) { }
Void plc1 (void)
{ if (X[31]&0X40)
Y[31]!=0X40;
}
Void plc 2 (void) { }
把编好的程序进行编译，把生成的程序加载到数控系统文件中，进入系统，
按下循环启动按键，观察出现的现象。
六、实验结果记录
1、标准PLC配置实验结果记录
序PLC配置方法现象原因
号
1
2
将自动换档选项设位Y，运行主轴
将PLC的刀架正反转输出信号Y0.3、
Y0.4进行互换，编译后，运行刀架观
看现象
3
把输入转接板的刀架刀位信号X1.3、
X1.4的输入位置改为X1.5、X1.6，
进行换刀，观看现象
4
主轴正反转的输入点定义为X0.6、
X0.7，将K6、K7接通，观看主轴运
行状态
5
将机床信号输入点XS10更换为
XS11，并进行相应PLC配置，系统
是否正常运行。
6
将自动润滑开的输入信号定义为
Y0.6，编译后观察现象
2、PLC编程结果记录
运行上述程序后，按下循环启动键后的现象。
七、思考题
如果按下循环启动键后，电亮进给保持灯，如果松开，则灯熄灭，如果按
下进给保持灯按键，电亮循环启动灯。如果松开，则灯熄灭。如何让编写PLC
程序可实现此功能。
实验五 步进电动机调试及使用实验
一、实验目的
1、熟悉步进电机运行原理及其驱动系统的连接；
2、掌握步进电机性能特性及其调试的基本方法。
二、实验内容
1、世纪星HNC-21TF配步进电机的参数设置；
2、M535步进电机驱动器参数设置；
3、步进电机绕组的并联与串联接法实验；
4、测定步进电机的空载启动频率；
5、设置步进驱动器典型故障并分析原因。
三、仪器设备
•
HED-21S数控综合实验台一台 工具包 数控实验台电气原理图
四、实验步骤
1、数控系统与步进电机的连接
各引脚定义：CP+ 、CP- ——单脉冲方式时，正反转的运行脉冲，接M535
步进驱动器的PUL+、PUL-
DIR+、DIR- ——单脉冲方式时，正、反转的方向脉冲。
•
2、HNC-21TF数控系统的参数设置
•
按表一对步进电机有关参数进行设置，按表二设置硬件参数。
3、M535步进电机驱动器参数设置
•
（1）步进电机驱动器细分数的设定
•
本驱动器提供1-256细分，在步进电机步距角不能满足使用的条件下，可采
用细分驱动器来驱动步进电机，根据表三，对驱动器所采用的细分数进行设定，
拨码开关5、6、7、8可以选择细分数。
•
表一 坐标轴参数
•
参数名•
参数值
•
伺服驱动型号
•
46
•
伺服驱动器部件号
•
0
•
最大跟踪误差
•
0
•
电动机每转脉冲数
•
200
•
伺服内部参数[0]
•
4
•
伺服内部参数[1]
•
0
•
伺服内部参数[2]
•
0
•
伺服内部参数[3]、[4]、[5]
•
0
•
快速加减速时间常数
•
100
•
快速加速度时间常数
•
64
•
加工加减速时间常数
•
100
•
加工加速度时间常数
•
64
参数名
部件0
型号
5301
表二硬件配置参数
标识地址
460
配置[0]
0
配置[1]
0
细分数
2
4
8
16
32
64
128
256
表三 步进电机细分数设置
SW5SW6SW7
111
101
110
100
111
101
110
100
SW8
1
1
1
1
0
0
0
0
（2）步进电机驱动器电流选择
拨码开关1、2、3可以选择驱动器的电流大小，表四是拨码开关不同状态对
应相电流大小。
（3）半流功能测试
步进电机由于静止时的相电流很大，所以驱动器提供半流功能，其作用是
党步进电机驱动器如果一定时间内没有接收到脉冲，那么它会自动将电机的相
电流减小为原来的一半，防止驱动器过热，M535驱动器的SW4开关拨至OFF，
半流功能开；将拨码开关拨至ON，半流功能关。
表四 步进电机相电流的设置
电流
SW1SW2SW3
1.3111
1.6011
1.9101
2.2001
2.5110
2.9010
3.2100
3.5000
4、步进电机绕组的并联与串联接法实验
步进驱动器是两相驱动器，利用两相驱动器来控制四相步进电机，可以将
四相步进电机的绕组线圈两两进行并联或串联，当作两相电机进行使用。
现将串联接法改为并联接法：
（1）将电机绕组端子A+、C-并在一起接到驱动器A+端子上；
（2）将电机绕组端子A-、C+并在一起接到驱动器A-端子上；
（3）将电机绕组端子B+、D-并在一起接到驱动器B+端子上；
（4）将电机绕组端子B-、D+-并在一起接到驱动器B-端子上。
5、测定步进电机的空载启动频率
启动频率是指电机在不丢步，不堵转的情况下能够瞬时启动的最大频率，
测试的方法如下：
（1）设置X轴的加减速时间常数为2，并将快移与加工速度分别设为6000、
5000；
（2）在步进电机轴处作一标记，由世纪星设置步进整数转的位移和速度，
让步进电机空载启动；
（3）步进电机处于静止状态下，启动旋转一圈后停止，从轴标记判断步
进电机是否失步活出现堵转现象。
（4）在工作台上增加一定负载没，按上述步骤测定步进电机的空载起动频
率。
（5）将步进电机驱动器的电流减为原来的1/3，再按上述步骤测定空载
频率，比较三次的区别。
6、设置典型故障并分析原因
步进电机主要故障及诊断如表五所示。
表五 步进电机控制系统主要故障及诊断
故障现象
电动机不运转
故障原因
①驱动器无直流供电电压； ②驱动器保险丝熔断； ③驱动器报警 (过电压、
欠电压、过电流、过热) ④驱动器与电动机连线断开； ⑤ HNC—21TF数
控系统轴参数设置不当； ⑥驱动器使能信号被封锁；⑦接口信号线接触不
良； ⑧指令脉冲太窄、频率过高、脉冲电平太低
电动机启动后堵①指争频率太高， ②负载转矩太大； ③ 加速时间太短；④负载惯量太大；
转
电动机运转不均
匀，有抖动
⑤直漉电源电压降低
①指令脉冲不均匀； ② 指令脉冲太窄； ③指令脉冲电平不正确； ④指
令脉冲电平与驱动器不匹配； ⑤脉冲信号存在噪声； ⑥脉冲频率与机械
发生共振
电动机运转不规指令脉冲频率与电动机发生共振
则，正、反转地
摇摆
电动机定位不准 ①加、减速时间太短
②存在干扰噪声； ③系统屏蔽不良
五、实验结果记录
序
号
1
2
3
4
5
6
典型故障
故障设置方法
故障现象
原因
步进驱动器A+与A-互换，手动运行X
轴，观察故障现象
将步进驱动器的电流设定值调到最小，
运行X轴与正常情况下比较
将X轴的指令线中的CP+、CP-进行互
换，运行X轴与正常情况下比较
将X轴的指令线中的DIR+、DIR-任
意取消一根，运行X轴与正常情况下比
较
将X轴的指令线中的DIR+、DIR互换，
运行X轴与正常情况下比较
只将线圈A、B与步进驱动器连接，将
C、D两线圈与驱动器断开，运行X轴，
观察现象
7
只将线圈A、C与步进驱动器连接，将
B、D两线圈与驱动器断开，运行X轴，
观察现象
实验六 交流伺服系统调试及使用实验
一、实验目的
1、熟悉交流伺服系统的构成及原理以及伺服电机、驱动器、数控系统的
连接；
2、掌握交流伺服电机及驱动器的性能与特性。
3、熟悉交流伺服系统的动态特性及其基本参数调整。
二、实验内容
1、数控系统与交流伺服驱动器的连接；
2、世纪星HNC-21TF配伺服驱动时的参数设置；
3、伺服驱动器的调节与参数设置；
4、交流伺服驱动器典型故障并分析原因。
三、仪器设备
•
HED-21S数控综合实验台一台 工具包 数控实验台电气原理图
四、实验步骤
1、数控系统与交流伺服驱动装置的连接
各引脚定义：CN1——伺服允许信号、数控控制信号、伺服准备好信号
R、S、T ——伺服强电
r、t——工作电源
CNC：U、V、W——驱动器电源输出端子 PE——接地端子
CN2——脉冲编码器反馈信号接线端子
•
2、HNC-21TF配伺服驱动时的参数设置
•
按表一对伺服电机有关参数设置坐标轴参数，按表二设置硬件参数。
3、伺服驱动器的调节实验
实验台所选用的三洋驱动器操作面板有五个按键，其功能如下表三所示，
可以通过这五个按键来进行参数的修改和调试。
•
（1）空载下调试及运行
•
为了判断伺服驱动系统的功能是否正常，可以直接利用伺服驱动器对电机进
行控制，实验台的Z轴采用的交流伺服电机，可以完成此项功能的调试。
•
表一 坐标轴参数
•
参数名
•
参数值
•
外部脉冲当量分子
•
5
•
外部脉冲当量分母
•
2
•
伺服驱动型号
•
46
•
伺服驱动器部件号
•
2
•
最大定位误差
•
20
•
最大跟踪误差
•
12000
•
电动机每转脉冲数
•
2000
•
伺服内部参数[0]
•
0
•
伺服内部参数[1]
•
1
•
伺服内部参数[2]
•
0
•
伺服内部参数[3]、[4]、[5]
•
1
•
快速加减速时间常数
•
100
•
快速加速度时间常数
•
64
•
加工加减速时间常数
•
100
•
加工加速度时间常数
•
64
参数名
部件2
型号
5301
表二硬件配置参数
标识
地址
45
0
配置[0]
50
配置[1]
0
表三 按键功能表
按键名称
确认键
光标键
上键
下键
标志
WR
▲
▲
▼
输入时间
1秒以上
1秒以内
1秒以内
1秒以内
功能
确认选择和写入后的编辑数
据
选择光标位
在正确的光标位置按键更改
变数据，当按下1秒或更长时
间，数据上下移动
选择显示模式
模式键
1秒以内
MODE
•
具体步骤如下：
•
①按下MODE键显示测试模式
，通过上下键来增加和减少数值。
②按下WR键1秒钟，显示起初的屏幕显示，当按下MODE键，返回页面
选择屏幕。当再次按下MODE键，转换到下一组模式。
③监控模式各页码说明如表四。
表四 监控模式说明
页码
功能描述
速度模拟指令/转矩指令自动更改
00
转矩模拟指令自动提升
01
报警复位
02
编码器清除
03
固定励磁
04
手动操作
05
自整定陷波滤波器
06
（2）通过修改伺服驱动器的通用参数，改变驱动器的运动性能
注意：在做实验时如果发生Z轴啸叫、抖动或其他不良情况，请务必将急停
拍下或将伺服电机强电断路，然后将参数恢复，以防损坏设备。
•
<1> PA000 位置比例增益
①设定位置环调节器的比例增益。
②设置值越大，增益越高，刚度越大，相同频率指令脉冲条件下，位置滞后
量越小，但数值太大可能会引起震荡或超调。
③参数数值由具体的伺服系统型号和负载确定。
更改驱动器的位置比例增益，让系统以固定的频率给驱动器发送脉冲，既让
Z轴以一个固定的速度运行，然后选择系统跟踪误差显示模式，记录下来运行稳
定时的跟踪误差值。填入下表五：
位置比例
5
20
30
500
1000
1200
增益值
系统跟踪
误差
Z轴运行
状态
<2> PA002 速度比例增益
①设定速度调节器的比例增益。
②设置值越大，增益越高，刚度越大，参数数值由具体的伺服系统型号和负
载确定，一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。
③在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较大的值。
更改驱动器的速度比例增益，让系统以固定的频率给驱动器发送脉冲，既
让Z轴以一个固定的速度运行，然后选择系统跟踪误差显示模式，记录下来运
行稳定时的跟踪误差值。填入下表六
速度比例
5
增益值
系统跟踪
误差
Z轴运行
状态
20
30
500
1000
1200
<3> PA003 速度积分时间常数
①设定速度调节器的积分时间常数。
②设置值越大，积分时间越快，参数数值由具体的伺服系统型号和负载确定，
一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。
③在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较小的值。
更改驱动器的速度比例增益，让系统以固定的频率给驱动器发送脉冲，既
让Z轴以一个固定的速度运行，然后选择系统跟踪误差显示模式，记录下来运
行稳定时的跟踪误差值。填入下表七：
速度积分
800
时间常数
系统跟踪
误差
Z轴运行
状态
400
20
6
1
通过修改参数，观察电机的运行性能，观察什么请况下电机出现抖动、啸叫、
超调，在参数不同的情况下，电机运转时观察坐标的变化情况，系统跟踪误差
的大小，回零时的不同现象，将电机调节到比较理想状态，电机动作时的不同
现象。
<4>下面根据下表八对伺服电机进行调试，把观察到的工作台的运行状态，
伺服电机的运行及系统的状态填入表八：
4、设置典型故障并分析原因
步进电机主要故障及诊断如表九、十所示。在设置完故障后，将其恢
复到原始状态。
表
速度积分
800
400
八
20
6
1
时间常数
位置环比
例增益值
系统跟踪
误差
Z轴运行
状态
报警号
12
13
14
15
15
18
20 21 22
23
24
38
表 九 交流伺服驱动器主要故障及原因
报警内容
主要原因
过电压
①输入的交流电电压过高 ②再生放电电路故障； ③驱动器内部电路故障
欠电压
①输入的交流电电压过低； ②电源容量太小 ③伺服 ON 信号提前有效
过电流
过热
过热
制动过压
①电动机接线短路；②电动机接线对地短路；③驱动器的 IGBT 器件损坏；④电
动机与驱动器不匹配
①驱动功率元件过热； ②温度传感器电路故障
①驱动功率元件过热； ②温度传感器电路故障
①放电电阻开路或阻值太大； ②负载惯量太大； ③电动机转速太高； ④减速时
问太短
编码器出错 ①无
A 相和 B 相脉冲； ②引线电缆短路； ③噪声干扰； ④接地、屏蔽不良
位置偏差过
大
①指令脉冲频率太高；②转矩限制太低； ③位置增益太小
限位保护
①限位开关动作； ②限位开关电路开路
表 十 交流伺服电机的主要故障及原因
序
号
故障现象
主要原因
①控制模式选择不当；②信号源选择不当； ③转矩限制禁止设定不当；④转矩限制
1
电动机不转
被设置成 0 ； ⑤零速箝位被接通；⑥限位开关开路，驱动禁止； ⑦投有伺服 ON
信号；⑧指令脉冲禁止有效； ◎轴承锁死
2
转速不均匀
①增益时间常数选择不当；②速度或位置指令不稳定， ③伺服 ON 、转矩限制、
指令脉冲禁止信号有抖动；④速度指令包含噪声； ⑤信号线接触不良
①指令脉冲波形不好，变形或太窄； ②指令脉冲上有噪声干扰； ③位置环增益太
小； ④指令脉冲频率过高； ⑤伺服 ON 、转矩限制、指令脉冲禁止信号有抖动
① Z 相脉冲丢失； ②回归速度太高； ③原点接近开关，输出抖动； ④编码器信
号有噪声
①速度指令包含噪声； ②增益太高； ⑧机械共振； ④电动机的机械故障
3
定位精度不好
4
初始位置变动
5
6
电动机异常响声
＼振动
电动机过热
①增益不当； ②驱动器与电动机配合不当； ③电动机轴承故障； ④驱动器故障
五、实验结果记录
1、伺服驱动器的调节实验结果记录
根据实验现象，将表五、六、七、八填好。
2、故障设置实验结果记录
典型故障
序
号
1
2
故障设置方法
将伺服驱动器的控制电源24V断开，
运行Z轴，观察系统及驱动器的现象
将系统的输出信号Y17断开，运行Z
轴，观察系统及驱动器的现象
将伺服驱动器的码盘线人为的松动或
断开，观察系统及驱动器的现象
将系统参数中的硬件配置中的部件2
由50更改为2，运行Z轴
将系统参数中的部件2的配置[0]改
为34，伺服参数PA400设为20H，
运行Z轴
故障现象
原因
3
4
5
实验七 变频调速系统的构成、调整及使用实验
一、实验目的
1、熟悉异步电动机、变频器的控制原理以及与控制系统的连接方法；
2、了解变频器数字操作键盘的使用和参数设置的方法，变频器常见功能
的测试。
3、掌握主轴伺服系统常见故障的诊断方法。
二、实验内容
1、数控系统与主轴变频器的连接；
2、SJ100变频器面板的认识实验；
3、变频器与三相异步电动机的控制实验；
4、主轴伺服驱动器典型故障并分析原因。
三、仪器设备
•
HED-21S数控综合实验台一台 工具包 数控实验台电气原理图
四、相关知识
变频调速的控制原理：
根据电机学的理论，交流电动机的转速n为：
若均匀地改变定子供电频率，则可以平滑地改变电动机的同步转速，从而得
到范围宽、精度高的优良调速性能。
旋转磁场以同步转速切割定子绕组时，在每相绕组中产生的感应电动势为：
式中：——定子每相绕组有效匝数；
——每极磁通量；
——定子相电压。
因此
分析上式可知：如在变频调速中，只保持定子电压，不变，则主磁通的大
小将随的改变而发生变化。在一般电动机中，中。值通常是在额定电压的运行
条件下确定的，为了充分地利用电动机铁心，都把磁通量选取在接近磁饱和的
数值上。如果在调速过程中，频率从工频往下调，则上升，将导致铁心过饱和
而使励磁电流迅速上升，铁心过热，功率因数下降，电动机带负载能力降低。
因此，必须在降低频率的同时，降低电压，以保持不变。这就是所谓的恒磁通
变频调速。因此，交流电动机的变频调速控制兼有调频和调压的功能。
并且，根据电动机所带负载的特性，有恒转矩调速、恒最大转矩调速、恒
功率调速几种控制方式。
五、实验步骤
1、数控系统与主轴伺服系统的连接
2、SJ100变频器面板的认识实验
•
（1）操作面板的各个按键的作用定义如下：
•
RUN——给变频器提供一个运行的指令，按此键可以启动电动机的运转，前提
是变频器处在键盘控制方式下。
•
STOP——给变频器提供一个停止运行的指令，按此键可以停止电动机的运转，
前提是变频器处在键盘控制方式下。
•
FUN——功能键，修改变频器时，可以选择参数模式以及在设置参数时使用。
•
▲——修改参数时增大参数值。
•
▼——修改参数时减小参数值
•
STR——可以对变频器的修改参数进行保存
•
电位器——操作者可以通过电位器来改变变频器的输入模拟电压指令
（2）变频器常见功能参数
日立变频器参数主要分为：
D组——监视功能参数
F组——主要常用参数
A组——标准功能的设定
B组——微调功能参数
C组——智能段子功能
H组——电机相关参数设置及无传感器矢量功能参数设置。
3、变频器与三相异步电机的控制实验
日立变频器的三种控制方式
（1）手操键盘给定：
这种方式是通过变频器的操作键盘以及变频器自身提供的控制参数来对变
频器进行控制，具体操作步骤如下：
①将参数A01设为02、A02设为02；
②通过▲或▼键改变参数F01的参数值（变频器的频率给定）来增加或减
少给定频率；
③完成上述步骤后，变频器进入待命状态，按RUN键，电动机运转；
④按STOP/RESET键，停止电动机；
⑤设置参数F04的参数值为00或01改变电动机的旋转方向；
⑥按RUN键，电动机运转，但方向已经改变。
（2）电位器给定：
SJ100面板上配有调速电位器，可通过其旋钮来调节变频器所需要的指令
电压，来控制变频器的输出频率，改变电机的运转速度。采用这种控制方式的
具体操作步骤如下：
①将参数A01设为00、A02设为02，A04设为60；
②通过调节电位器来控制电动机的运行转速，将电位器转过一定的角度；
③完成上述步骤后，变频器进入待命状态，按RUN键，电动机运转，通过
改变电位器的旋转角度来改变变频器的输出频率，控制电机的旋转速度；
（3）数控系统给定
数控系统给定的控制方式是通过改变变频器的控制端子进行控制，变频器
频率给定与运行指令都是利用数控系统进行控制的，采用数控系统控制具体步
骤如下：
①将变频器、异步电动机、数控系统正确连接，接通电源；
②按照手操键盘给定方式，将A01和A02恢复到01；；
③通过华中世纪星的主轴控制命令，控制变频器的运行，例如在MDI下执
行M03 S500，电机就会以500转/分正转；
4、设置典型故障并分析原因
在设置完故障后，将其恢复到原始状态。
六、实验结果记录
故障设置实验结果记录
典型故障
序
故障设置方法
故障现象
号
将步进电机的三相电源中的两相进行
1
互换，运行主轴，观察出现的现象
将变频器的模拟电压取消或极性互
2
调，运转主轴，观察现象
3
将变频器的H组参数中的极数设置为
6或2，运行主轴观察现象
将主轴的正反转信号取消，运行主轴，
观察现象
原因
4
实验八 华中数控系统的连接与参数调试实验
一、实验目的
1、熟悉华中系统与各部分之间的连接，能独自完成接线；
2、了解参数设置对数控系统运行的作用及影响。
3、能够正确设置数控系统常用参数。
二、实验内容
1、数控系统的连接
2、世纪星HNC-21TF的参数设置调整；
3、数控系统参数典型故障设置并分析故障原因。
三、仪器设备
•
HED-21S数控综合实验台一台 工具包 PC键盘一个
四、相关知识
1．参数树
数控系统中的参数进行分级管理，各级参数组成参数树。华中HNC-21TF
数控系统的参数树如图1所示。
2．参数管理权限
数控装置的运行，严格依赖于系统参数的设置，因此，对参数修改的权限采
用分级管理。在华中HNC-21TF数控装置中，设置了三种级别的权限，即数控
厂家、机床厂家、用户；不同级别的权限，可以修改的参数是不同的。
1)数控厂家：最高级权限，能修改所有参数。
2)机床厂家：中间级权限，能修改机床调试时需要设置的参数。
3)用户厂家：最低级权限，仅能修改用户使用时需要改变的参数。
数控机床在最终用户处安装调试后，一般不需要修改参数。在特殊的情况下，
如需要修改参数，首先应输入参数修改的密码，所输入的密码正确，则可进行
此权限级别的参数修改；否则，系统会提示密码输入错，不能进行该权限级别
参数的修改。
3．主菜单与子菜单
在华中HNC-21TF数控装置中主操作界面下，用Enter键选中某项后，若
出现另一个菜单，则前者称主菜单，后者称子菜单。菜单可以分为两种：弹出
式菜单和图形按键式菜单，如图2所示。
4．参数的形式
数控系统参数是以数据的形式保存在数控装置内具有掉电保护功能的存储
区域里，系统参数可以显示在CRT上，以人机交互的方式设置、调整，通过参
数与系统软件沟通，便达到在数控装置硬件不变的条件下功能调整。数控系统
参数一般有两种形式。
图 1数控系统的参数树
图2 主菜单和子菜单
（1）位参数
位参数即二进制的“l“或“0”，每位“1”或“O”可表示某个功能的“有”或“无”，
也可表示不同功能形式的转换。尽管这种表示简单，但功能性很强，包含的内
容相当多。
位参数在系统中可达几十个到上千个，有的系统在CRT上有简单注释，而
多数没有注释，这就要求必须保存好技术手册，以便对照检查。
（2）数据参数
数据参数多用十进制数值表示，它表示的是某些功能的设定值或规定范围。
4．数控系统的参数意义
(1)系统参数
系统参数包括有插补周期、刀具寿命管理使能、移动轴脉冲当量分母等。系
统参数的单位、设定值及其说明见附表E-1。
(2)通道参数
通道参数的管理权限、设定及说明见附表E-1。
（3）坐标轴参数
坐标轴参数包含有轴名称、所属通道号、轴类型、单位内部脉冲当量、正
软极限位置等等，常见的坐标轴参数见附表E-1。
(4) 轴补偿参数
轴补偿参数的管理权限、设定及说明见附表E-1。
（5）硬件配置参数
硬件配置参数可以看作是系统内部所有硬件设备的清单。共可配置32个部
件，从部件0到部件31，每个部件包含五个参数。部件外部设备的型号、标识
及配置见表6-3，部件配置参数的管理权限、设定及说明见附表E-1。
表6-3 部件外部设备的型号、标识及配置
设备说明
面板开关量输入输出
输入16组；输出8组
外部开关量输入输出
输入5组；输出4组
主电机驱动单元D/A接口XS9
主轴编码器接口XS9
手摇脉冲发生器接口XS8
XS40
串行伺服接口
XS41
(HSV-11伺服)
XS42
XS40～XS43
XS43
步进驱动
其它进给驱动接脉冲接口伺服
口XS30～XS33
模拟接口伺
服
部件型号
标识
地址
配置[0]
0
13
1
15
32
31
5301
49
46
45
41/42
0
4
5(6)
0
1
2
3
注[1]
注[2]
注[3]
0
配置
[1]
注[4]
0
注[1]： D0～D3(二进制)；轴号，0000-1111
D4～D5(二进制)；00——(缺省)单脉冲输出 01——单脉冲输出
10——双脉冲输出 11——A B相输出
注[2]： D0～D3(二进制)；轴号，0000-1111
D4～D5(二进制)；00——(缺省)单脉冲输出 01——单脉冲输出
10——双脉冲输出 11——A B相输出
D6～D7(二进制)；00——(缺省)A B相反馈 01——单脉冲反馈
10——双脉冲反馈 11——A B相反馈
注[3]： D0～D3(二进制)；轴号，0000-1111
D6～D7(二进制)；00——(缺省)A B相反馈 01——单脉冲反馈
10——双脉冲反馈 11——A B相反馈
注[3]： 0：编码器Z脉冲边沿
8：编码器Z脉冲高电平
-8：编码器Z脉低电平
其它：以开关量代替Z脉冲。
（6） PMC 系统参数
PMC 系统参数的管理权限、设定及说明见附表E-1。
数控系统中的参数在系统中可达几十个到上百个，而多数没有注释，要求必
须保存好技术手册，以便对照检查。
5．参数相互之间的关系
华中HNC-21TF数控装置中，主要参数相互之间的关系如图6-6所示。
图6-7中的符号①的参数关系如下：如果在硬件配置参数中将部件3的型
号设为“5301”，标识设为“49”，配置[0]设为“0”，将由XS40控制的11型伺
服单元分配到系统硬件清单中的3号部件；在坐标轴参数中通过将轴2的部件
号；设为“3”而使得系统实际轴2控制的轴为部件3指定的轴，即XS40控制的
11型伺服轴；在通道参数中通过将A轴的轴号设为2，使得轴2成为逻辑轴A
轴，相应的轴2的名称即为“A”。
图6-6 HNC-21TF主要参数关系图
五、实验步骤
1、数控系统的连接
首先按照《数控综合实验台电气原理图》，一一连接数控数控系统与各个
部分。
•
（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
•
2、HNC-21TF数控系统的参数设置与调整
在华中HNC-21TF数控装置中主操作界面下(如图6-3所示)，按F3键
进入“参数功能”子菜单。
图6-3主操作界面 图6-4“参数索引”子菜单
参数查看具体操作步骤如下。
①在“参数功能”子菜单下，按F1键，系统将弹出如图6-4所示的“参数索
引”子菜单。
②用、键选择要查看或设置的选项，按Enter键进入下一级菜单或窗口。
③如果所选的选项有下一级菜单，例如“坐标轴参数”，系统会弹出该选项
的下一级菜单；如图6-5所示的“坐标轴参数”菜单。
④用同样的方法选择、确定选项，直到所选的选项没有下一级的菜单止，此
时，图形显示窗口将显示所选参数块的参数名及参数值，例如在“坐标轴参数”
菜单中选择“轴O”，则显示如图6-5右上所示的“坐标轴参数-轴0”窗口；用、、、、
PgUp、PgDn等键移动蓝色光标条，到达所要查看或设置的参数处。
⑤坐标轴参数的类型
由图6-5所示的“坐标轴参数-轴0”窗口的参数可知，坐标轴参数的类型有
功能型参数和真实值型参数。
图6-5“坐标轴参数-轴O”窗口
(2)数控设置的接口及连接部件的标识
在华中数控系统中，HNC-21TF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O，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XSl0口接输入开关量。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入／输出量。通常部件号为20，标识为13。
(3)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
入表6-6中。
表6-6 硬件配置参数的设置
参数名
型 号
标 识
地 址
配置[o]
配置[1]
部件O
530l
45
部件1
530l
46
部件2
530l
45
部件20
530l
13
部件21
530l
13
部件22
530l
15
部件24
530l
3l
(4)PMC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6-7
中。
表6-7 PMC系统参数的设置
参数名
开关量输入总组数
开关量输出总组数
输入模块O部件号
输入模块O组数
输入模块1部件号
输入模块1组数
输出模块O部件号
输出模块O组数
输出模块1部件号
输出模块1组数
输出模块2部件号
输出模块2组数
手脉O部件号
参数说明
开关量输入总字节数
开关量输出总字节数
XS1O输入的开关量部件号
XS1O输入的开关量字节数
面板按钮输入开关量部件号
面板按钮输入开关量字节数
XS20输出的开关量部件号
XS20输出的开关量字节数
主轴模拟电压指令对应的数字量部件号
主轴模拟电压指令对应的数字量字节数
面板按钮输出开关量部件号
面板按钮输出开关量字节数
手摇脉冲发生器的部件号
参数设
置
(5)坐标轴参数的设置。
①X坐标轴参数的设置
X坐标轴参数的设置见表6-8。
表6-8 X坐标轴参数的设置
参数名
伺服驱动器型号
伺服驱动器部件号
最大跟踪误差
电动机每转脉冲数
伺服内部参数[O]
伺服内部参数[1]
参数说明
脉冲接口伺服驱动器型号代码为45
该轴对应的硬件部件号
电动机转动一圈对应的输出脉冲当量数
设置为0
反馈电子齿轮分子
参数范
围
45
O
10000
2500
O
1
伺服内部参数[2]
反馈电子齿轮分母
1
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。
应注意将定位允差、最大跟踪误差必须设置为O，否则坐标轴一移动，系统就
会报警。Y坐标轴参数的设置见表6-9。
表6-9 Y坐标轴参数的设置
参数名
伺服驱动型号
伺服驱动器部件号
定位允差
最大跟踪误差
伺服内部参数[0]
③Z坐标轴参数的设置
Z坐标轴参数的设置见表6-10。
表6-10 Z坐标轴参数的设置
参数名
伺服驱动型号
伺服驱动器部件号
电动机每转脉冲数
伺服内部参数[0]
④通道参数的设置
标准设置选“O通道”，其余通道不用，参数设置见表6-11。
表6-11 通道参数的设置
参数名
通道使
能
X轴轴号
Y轴轴号
Z轴轴号
值
1
O
2
说 明
“O通道”使能
X轴部件号
光栅尺部件
号
Z轴部件号
参数名
移动轴拐角误
差
旋转轴拐角误
差
通道内部参数
参数说明
脉冲接口伺服驱动型号代码为45
该轴对应的硬件部件号
参数范围
45
2
O
O
O
设置为O
参数说明
步进电动机不带反馈代码为46
该轴对应的硬件部件号
电动机转动一圈对应的输出脉冲当量数
步进电动机拍数
参数范围
46
1
1600
4
值
20
20
O
说 明
禁止更改
禁止更改
禁止更改
1
(6)数控系统参数的调整。
1)与主轴相关参数的调整。
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[O])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O．1 mm)，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10 mm或10 mm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。
六、实验结果记录
1、参数设置与调试实验结果记录
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
入表1中。
表 1硬件配置参数的设置
参数名
部件O
部件1
部件2
部件20
部件21
型 号
5301
5301
530l
5301
5301
标 识
45
46
45
13
13
地 址
配置[0]
配置[1]
部件22
部件24
5301
5301
15
3l
② PMC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 2 PMC 系统参数的设置
参数名
开关量输人总组数
开关量输出总组数
输入模块 0部件号
输入模块 0组数
输入模块 1部件号
输入模块 1组数
输出模块 O部件号
输出模块 0组数
输出模块 1部件号
输出模块 1组散
输出模块 2部件号
输出模块 2组数
手脉 0部件号
参数说明
开关量输入总字节数
开关量输出总字节数
XSl0输入的开关量部件号
xSl0输入的开关量字节数
面板按钮输入开关量部件号
面板按钮输入开关量字节敦
XS20输出的开关量部件号
xS20输出的开关量字节数
主轴模拟电压指令对应的数字量部件号
主轴模拟电压指令对应的数字量字节散
面板按钮输出开关量部件号
面板按钮输出开关量字节数
手播脉冲发生器的部件号
参效设置
2、故障设置实验结果记录
典型故障
序
号
1
2
故障设置方法
将X坐标轴的参数中的外部脉冲当量
的分子和分母的符号进行改变，运行
X轴有什么现象
将坐标轴参数中的正负软限的符号设
置错误
将X轴的轴参数中的运行拍数（P0）
设置为0，退出系统后运行X轴的回
零操作观察故障现象
将Z轴参数中的定位允差与最大跟踪
误差分别设为5和1000，快速移动
工作台的Z轴，观察现象
将X坐标轴参数中的伺服单元型号设
置为45，Z坐标轴设置为46，重新
开机后观察系统运行情况
故障现象
原因
3
4
5
6
将Z坐标轴参数中的伺服内部参数
P[1]、P[2]中的任一符号进行改动，
运行Z轴
七、思考题
1．如用HNC-21TF车床数控装置、松下MSDA023AIA交流伺服单元、
MSMA022A1C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?
2. 简述数控系统参数设置的过程。
实训三
HED—21S数控系统综合实验台机械部分拆装
一、实训目的
1、了解数控设备机械部分工作结构及原理。
2、熟悉数控设备重要传动机械拆装过程。
3、认识数控机床部件间几何位置关系，检测方法及其数据处理；了解整机几何
精度要求，误差来源。
4、了解有关检测仪器的工作原理和工具的使用方法。
二、实训设备
HED—21SF数控系统综合实验台
钳工工具箱
量具（千分尺、百分表、磁性表座、平尺、游标卡尺等）
三、相关知识
1、数控机床坐标系
数控机床有主运动和坐标方向上的进给运动，因此，数控机床机械部分主
要由主轴部件和进给部件组成。进给移动部件一般具有X、Y、Z三个坐标方向
上的运动，为 保证被加工工件的几何精度，机床主轴旋转中心及个坐标运动方
向的几何位置必须达到一定的精度指标。三个坐标方向必须垂直，主轴旋转轴
线必须垂直于X坐标 轴、Y坐标轴组成的平面或平行于Z轴坐标。
2、机床精度概念
机床的加工精度是衡量机床性能的一项重要 指标。影响机床加工精度的因
素很多 , 有机床本身的精度影响 , 还有因机床及工艺系统变形、加工中产生振
动、机床的磨损以及刀具磨损等因素的影响 。在上述各因素中 ,机床本身的精
度是一个重要的因素。例如在车床上车削 圆柱面 ,其圆柱度主要决定于工件旋
转轴线的稳定性、车刀刀尖移动轨迹的直线度以及刀尖运动轨迹与工件旋转轴
线之间的平行度 ,即主要决定于车床主轴与刀架的运动精度以及刀架 运动轨迹
相对于主轴的位置精度。
机床的精度包括几何精度、传动精度、定位精度以及工作精度等 , 不同类型的
机床对这些方面的要求是不一样的。
(1)几何精度
机床的几何精度是指机床某些基础零件工作面的几何精度 ,它指的是机床
在不运动 ( 如主轴不转 ,工作台不移动)或运动速度较低时的精度.它规定了决
定加工精度的各主要零、部件间以及这些零、部件的运动轨迹之间的相对位置
允差。例如 ,床身导轨的直线度、工作台面的平面度、主轴的回转精度、刀架溜
板移动方向与主轴轴线的平行度等。在机床上加工的工件表面形状 ,是由刀具和
工件之间的相对运动轨迹决定的 ,而刀具和工件是由机床的执行件直接带动的 ,
所以机床的几何精度是保证加工精度最基本的条件。
(2)传动精度
机床的传动精度是指机床内联系传动链两末端件之间的相对运动精度。这
方面的误差就称为该传动链的传动误差。例如车床在车削螺纹时 ,主轴每转一
转 ,刀架的移动量应等于螺纹的导程。但是 ,实际上 ,由于主轴与刀架之间的传
动链中 ,齿轮、丝杠及轴承等存在着误差 ,使得刀架的实际移距与要求的移距之
间有了误差 ,这个误差将直接造成工件的螺距误差。为了保证工件的加工精度 ,
不仅要求机床有必要的几何精度 ,而且还要求内联系传动链有较高的传动精度。
(3)定位精度
机床定位精度是指机床主要部件在运动终点所达到的实际位置的精度。实
际位置与预期位置之间的误差称为定位误差。对于主要通过试切和测量工件尺
寸来确定运动部 件定位位置的机床 ,如卧式车床、万能升降台铣床等普通机床 ,
对定位精度的要求并不太高。但对于依靠机床本身的测量装置、定位装置或自
动控制系统来确定运动部件定位位置的机床 ,如各种自动化机床、数控机床、坐
标测量机等 ,对定位精度必须有很高的要求。
机床的几何精度、传动精度和定位精度通常是在没有切削载荷以及机床不
运动或运动速度较低的情况下检测的 ,故一般称之为机床的静态精度。静态精度
主要决定于机床上主要零、部件 , 如主轴及其轴承、丝杠螺母、齿轮以及床身
等的制造精度以及它们的装配精度。
(4)工作精度
静态精度只能在一定程度上反映机床的加工精度 ,因为机床在实际工作状
态下 ,还有一系列因素会影响加工精度。例如 ,由于切削力、夹紧力的作用,机床
的零、部件会产生弹性 变形 ; 在机床内部热源 ( 如电动机、液压传动装置的
发热 ,轴承、齿轮等零件的摩擦发热等) 以及环境温度变化的影响下 ,机床零、
部件将产生热变形 ; 由于切削力和运动速度的影 响 , 机床会产生振动 ;机床
运动部件以工作速度运动时 ,由于相对滑动面之间的油膜以及其他因素的影响 ,
其运动精度也与低速下测得的精度不同 ; 所有这些都将引起机床静态精度的变
化 , 影响工件的加工精度。机床在外载荷、温升及振动等工作状态作用下的精
度 ,称为机床的动态精度。动态精度除与静态精度有密切关系外 ,还在很大程度
上决定于机床的刚度、抗振性和热稳定性等。目前 , 生产中一般是通过切削加
工出的工件精度来考核机床的综合动态精度 ,称为机床的工作精度。工作精度是
各种因素对加工精度影响的综合反映。
四、实训内容及步骤
1、了解HED—21S数控系统综合实验台主轴部件、刀台部件、十字工作台结
构。
图 3—1 十字工作台俯视图
图 3—2 十字工作台剖视图
2、HED—21S数控系统综合实验台十字工作台拆装。
3、滚珠丝杆副的认识、联轴器拆装、圆柱导轨副拆装。检查导跪滑块接触面、
螺母支座接触面与工作台的平行度。
4、卸下滚珠丝杆支座及丝杆副、连轴器、驱动电机。检查滚动导轨安装面平面
度和导向面直线度。
5、测量主要零件尺寸，画出草图，记录结果。
6、清洗拆下的零部件，重新装配。滚珠丝杆安装时，检查与导轨平行度，达到
拆卸前的精度。
7、检查工作台几何精度，并达到拆装前精度值。
8、分析影响机床几何精度的因素。
9、重新装配后启动运行。
五、记录
1、记录拆装十字工作台主要技术参数。
2、记录拆装后十字工作台几何精度。
序号
检查项目
拆卸前
拆卸后
备注
1
2
3
4
5
6
7
主轴径向跳动
主轴轴向串动
X、Y方向垂直度
X、Y轴移动直线度
X、Y轴向串动
X、Y原点重复检查
拖板平面与底座平面平行
度
演示过程
8
9
拖板平面直线度
滚珠丝杆与导轨平行度
2024年5月13日发(作者：勇嘉澍)
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/DC24V
5、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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
部件名称
部件型号
数量
作用
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
1
2
故障设置方法
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
将实验台的三相电源中的W相去除，
故障现象
故障原因
3
4
5
6
7
8
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
主轴
将主轴电机的电源相序任意
部分
调换两相，电机运行状态
将变频器接线端子上的509
拆下，运行主轴电机观察现
象
将伺服驱动器的电源线拆掉
一相。伺服电机运行状态
进给
将伺服电机的电源线拆掉一
轴部
相，电机运行状态
分
将伺服驱动器上面的直流短
接端子拆下，观察伺服状态
将刀架电机电源去掉一相，
刀架
进行换刀操作
类
将刀架电机电源任意两相互
换，进行换刀操作
把HC5301-R继电器板的
外接24V1断开
将
24V1
将继电器KA10线圈上的
电源
24V1断开
断开
将继电器KA9触点上的
24V1断开
将HC5301-8输入接线板上的外接
24V电源断开
将系统输出端子与输出转接板之间的
互联电缆拆下，进入系统观察现象
实验四 数控综合实验台PLC编程与调试实验
一、实验目的
1、了解标准PLC基本原理和结构；
2、能够熟练修改标准PLC各个输入输出点及PLC所提供的各项功能；
3、了解用C语言编写PLC程序的方法，掌握数控系统PLC调试方法。
二、实验内容
1、主轴档位及PLC输出点定义实验；
2、主轴转速的调整；
3、刀架信号输入点定义。
4、用实验台所带的乒乓开关控制主轴的正反转。
5、将机床信号输入口XS10的输入电缆代替接口XS11
6、自动润滑功能的设定
7、华中数控PLC程序的编写及其编译
8、简单程序的编写与调试
三、仪器设备
•
HED-21S数控综合实验台一台 工具包 万用表 PC键盘一个
四、相关知识
（1）I／O信号与X／Y的对应关系
在“PMC系统参数”选项中给各部件(部件20、部件21、部件22)中的输
入、输出开关量分配占用的X、Y地址，即确定接口中各I／O信号与X／Y的
对应关系。
如图1所示：将部件21中的开关量输入信号设置为“输入模块0”，共30
组，则占用X [00]～X[29]；将部件20中的开关量输入信号设置为“输入模块
1”，共16组，则占用X[30]～X [45]；输入开关量总组数即为30+16=46
组。
将部件21中的开关量输出信号设置为“输出模块0”，共28组，则占用
Y[00]～Y[27]；将部件22中的开关量输出信号设置为“输出模块1”，共2组，
则占用Y[28]～Y[29]；将部件20中的开关量输出信号设置为“输出模块2”，
共8组，则占用Y[30]～Y[37]；输出开关量总组数即为28+2+8=38组。
号是一致的。
在“PMC系统参数”选项中所涉及的部件号与“硬件配置参数”选项中的部件
输入／输出开关量每8位一组，占用一个字节。例如HNC-21TF数控装置
XS1O接口的I0～I7开关量输入信号占用X [00]组，IO对应于X [00]的第0
位、I1对应于X [OO]的第1位……。按以上参数设置，I／O开关量与X／Y
的对应关系见表2。
图1 PMC系统参数中关于输入/输出开关量的设置
（2）I/O（输入/输出）开关量的接口
在系统程序、PLC程序中，机床输入的开关量信号定义为X(即各接口中的
I信号)，输出到机床的开关量信号定义为Y(即各接口中的O信号)。
将各个接口(HNC-21TF本地、远程I／O端子板)中的I／0(输入／输出)
开关量定义为系统程序中的X、Y变量，需要通过设置参数中的“硬件配置参数”
选项和“PMC系统参数”选项来实现。
类信号名X/Y地址
别
输
IO～I39X[00]～
入
X[04]
表2 I／O开关量与X／Y的对应关系
部件
号
模块号
说明
21
输入模块
O
XS1O、XS11输入开关
量
I40～ 保留
X[05]
I47
I48～X[06]～ 保留
I175X[21]
I176～X[22]～ 保留
I239X[29]
I240～X[30]～
输入模块
面板按钮输入开关量
20
I367X[45]1
输
O0～Y[OO]～
输出模块
XS20、XS21输出开关
出量
O31Y[03]O
开
O32～Y[04]～ 保留
21
关
O159Y[19]
量
O160～Y[20]～ 保留
地
O223Y[27]
址
O224～Y[28]～
输出模块
主轴模拟电压指令数
22
定
字输出量
O239Y[29]1
义
O240～Y[30]～
输出模块面板按钮指示灯输出
20
开关量
O303Y[37]2
HNC-21TF数控装置的输入／输出开关量占用硬件配置参数中的三个部件
开
关
量
地
址
定
义
(一般设为部件20、部件21、部件22)，如图2所示。
、主轴模拟电压指令输出的过程为：PLC程序通过计算给出数字量，再将数
字量通过转换用的硬件电路转化为模拟电压。PLC程序处理的是数字量，共16
位，占用两个字节，即两组输出信号。因此，主轴模拟电压指令也作为开关量
输出信号处理。
图2硬件配置参数中关于输入/输出开关量的设置
五、实验步骤
1、开机进入PLC配置界面，开始主轴档位及输出点定义实验，自动换档
为Y，本配置界面定义的输出点才有效，在变频换档或手动换档为Y时，应关
闭此菜单选项中的所有输出点。
•
2、主轴转速的调节
•
主轴转速是通过变频器与PLC中的相关参数来进行控制，标准PLC中的主轴
转速设定参数，主要包括：电机最大转速。设定所有速度上限、实测电机上限/
下限。
3、刀架信号输入点定义
•
（1）在标准PLC的刀库配置界面中对刀具输入点进行定义，在位编辑行对应
的编辑框中输入-1表示该输入点无效。在刀号输入点编辑框中输入“1”表示对应
的输入点在此刀位中有效，为“0”表示对应的输入点在此刀位中无效。
•
（2）当前系统刀架主持刀具总数为4把，输入的组为第1组，输入的有效为
4位，分别是X1.1、X1.2、X1.3、X1.4。
•
（3）刀架的正转为Y0.3，反转为Y0.4，如果PLC这样配置，编译后系统
正常运行。
•
（4）此时刀架运转正常，将PLC的刀架正反转输出信号Y0.3、Y0.4进行
互换，重新编译后，运行刀架有什么现象记录下来分析原因；
•
（5）将电断开，把输入接线板的刀架刀位信号X1.3、X1.4的输入位置向后
平移两个点，重新上电进行换刀操作，有什么现象，分析原因。
4、用实验台所带的乒乓开关控制主轴正反转
（1）进入车床标准PLC的编辑状态，按键ALK+K进入PLC配置界面；
（2）找到主轴正反转的输入点定义，并把它分别更改成X0.6、X0.7；
（3）这是退出PLC后编译，观察利用乒乓开关控制主轴正反转的实验现象，
并分析原因。
5、将机床信号输入口XS10的输入电缆代替XS11
将机床的输入口XS上的输入电缆接口接到XS11上面，然后通过更改标准
PLC的输入点进行调节。
（1）将PLC的输入点定义栏的各输入点记下，查出其对应的DB25插头
的管脚号；
（2）查出XS11和XS10相同管脚号对应的输入点；
（3）进入标准PLC的编辑界面，将PLC的输入点定义栏更改为XS11各
对应的输入点；
（4）退出PLC进行编译，然后进入系统检查系统是否正常运行。
6、自动润滑功能的设定
（1）进入PLC编辑状态，定义自动润滑开的输出信号点位Y0.6；
（2）退出PLC并进行重新编译；
7、华中数控PLC程序的编写及其编译
（1）在DOS环境下，进入数控软件系统的PLC目录；C：
HNC-21tfPLC
（2）敲入C：HNC-21tfplc>edit
(3)在数控系统的PLC目录下，修改。
（4）运行文件，系统就会对PLC的源文件进行编译。
（5）PLC源程序编译后，将产生一个DOS可执行的.com文件。
8、简单PLC程序的编写
进入系统文件PLC目录，利用DOS命令EDIT新建一个源程序文件
，源程序编写如下：
# pragma inline
#include “plc.h”
Void init (void) { }
Void plc1 (void)
{ if (X[31]&0X40)
Y[31]!=0X40;
}
Void plc 2 (void) { }
把编好的程序进行编译，把生成的程序加载到数控系统文件中，进入系统，
按下循环启动按键，观察出现的现象。
六、实验结果记录
1、标准PLC配置实验结果记录
序PLC配置方法现象原因
号
1
2
将自动换档选项设位Y，运行主轴
将PLC的刀架正反转输出信号Y0.3、
Y0.4进行互换，编译后，运行刀架观
看现象
3
把输入转接板的刀架刀位信号X1.3、
X1.4的输入位置改为X1.5、X1.6，
进行换刀，观看现象
4
主轴正反转的输入点定义为X0.6、
X0.7，将K6、K7接通，观看主轴运
行状态
5
将机床信号输入点XS10更换为
XS11，并进行相应PLC配置，系统
是否正常运行。
6
将自动润滑开的输入信号定义为
Y0.6，编译后观察现象
2、PLC编程结果记录
运行上述程序后，按下循环启动键后的现象。
七、思考题
如果按下循环启动键后，电亮进给保持灯，如果松开，则灯熄灭，如果按
下进给保持灯按键，电亮循环启动灯。如果松开，则灯熄灭。如何让编写PLC
程序可实现此功能。
实验五 步进电动机调试及使用实验
一、实验目的
1、熟悉步进电机运行原理及其驱动系统的连接；
2、掌握步进电机性能特性及其调试的基本方法。
二、实验内容
1、世纪星HNC-21TF配步进电机的参数设置；
2、M535步进电机驱动器参数设置；
3、步进电机绕组的并联与串联接法实验；
4、测定步进电机的空载启动频率；
5、设置步进驱动器典型故障并分析原因。
三、仪器设备
•
HED-21S数控综合实验台一台 工具包 数控实验台电气原理图
四、实验步骤
1、数控系统与步进电机的连接
各引脚定义：CP+ 、CP- ——单脉冲方式时，正反转的运行脉冲，接M535
步进驱动器的PUL+、PUL-
DIR+、DIR- ——单脉冲方式时，正、反转的方向脉冲。
•
2、HNC-21TF数控系统的参数设置
•
按表一对步进电机有关参数进行设置，按表二设置硬件参数。
3、M535步进电机驱动器参数设置
•
（1）步进电机驱动器细分数的设定
•
本驱动器提供1-256细分，在步进电机步距角不能满足使用的条件下，可采
用细分驱动器来驱动步进电机，根据表三，对驱动器所采用的细分数进行设定，
拨码开关5、6、7、8可以选择细分数。
•
表一 坐标轴参数
•
参数名•
参数值
•
伺服驱动型号
•
46
•
伺服驱动器部件号
•
0
•
最大跟踪误差
•
0
•
电动机每转脉冲数
•
200
•
伺服内部参数[0]
•
4
•
伺服内部参数[1]
•
0
•
伺服内部参数[2]
•
0
•
伺服内部参数[3]、[4]、[5]
•
0
•
快速加减速时间常数
•
100
•
快速加速度时间常数
•
64
•
加工加减速时间常数
•
100
•
加工加速度时间常数
•
64
参数名
部件0
型号
5301
表二硬件配置参数
标识地址
460
配置[0]
0
配置[1]
0
细分数
2
4
8
16
32
64
128
256
表三 步进电机细分数设置
SW5SW6SW7
111
101
110
100
111
101
110
100
SW8
1
1
1
1
0
0
0
0
（2）步进电机驱动器电流选择
拨码开关1、2、3可以选择驱动器的电流大小，表四是拨码开关不同状态对
应相电流大小。
（3）半流功能测试
步进电机由于静止时的相电流很大，所以驱动器提供半流功能，其作用是
党步进电机驱动器如果一定时间内没有接收到脉冲，那么它会自动将电机的相
电流减小为原来的一半，防止驱动器过热，M535驱动器的SW4开关拨至OFF，
半流功能开；将拨码开关拨至ON，半流功能关。
表四 步进电机相电流的设置
电流
SW1SW2SW3
1.3111
1.6011
1.9101
2.2001
2.5110
2.9010
3.2100
3.5000
4、步进电机绕组的并联与串联接法实验
步进驱动器是两相驱动器，利用两相驱动器来控制四相步进电机，可以将
四相步进电机的绕组线圈两两进行并联或串联，当作两相电机进行使用。
现将串联接法改为并联接法：
（1）将电机绕组端子A+、C-并在一起接到驱动器A+端子上；
（2）将电机绕组端子A-、C+并在一起接到驱动器A-端子上；
（3）将电机绕组端子B+、D-并在一起接到驱动器B+端子上；
（4）将电机绕组端子B-、D+-并在一起接到驱动器B-端子上。
5、测定步进电机的空载启动频率
启动频率是指电机在不丢步，不堵转的情况下能够瞬时启动的最大频率，
测试的方法如下：
（1）设置X轴的加减速时间常数为2，并将快移与加工速度分别设为6000、
5000；
（2）在步进电机轴处作一标记，由世纪星设置步进整数转的位移和速度，
让步进电机空载启动；
（3）步进电机处于静止状态下，启动旋转一圈后停止，从轴标记判断步
进电机是否失步活出现堵转现象。
（4）在工作台上增加一定负载没，按上述步骤测定步进电机的空载起动频
率。
（5）将步进电机驱动器的电流减为原来的1/3，再按上述步骤测定空载
频率，比较三次的区别。
6、设置典型故障并分析原因
步进电机主要故障及诊断如表五所示。
表五 步进电机控制系统主要故障及诊断
故障现象
电动机不运转
故障原因
①驱动器无直流供电电压； ②驱动器保险丝熔断； ③驱动器报警 (过电压、
欠电压、过电流、过热) ④驱动器与电动机连线断开； ⑤ HNC—21TF数
控系统轴参数设置不当； ⑥驱动器使能信号被封锁；⑦接口信号线接触不
良； ⑧指令脉冲太窄、频率过高、脉冲电平太低
电动机启动后堵①指争频率太高， ②负载转矩太大； ③ 加速时间太短；④负载惯量太大；
转
电动机运转不均
匀，有抖动
⑤直漉电源电压降低
①指令脉冲不均匀； ② 指令脉冲太窄； ③指令脉冲电平不正确； ④指
令脉冲电平与驱动器不匹配； ⑤脉冲信号存在噪声； ⑥脉冲频率与机械
发生共振
电动机运转不规指令脉冲频率与电动机发生共振
则，正、反转地
摇摆
电动机定位不准 ①加、减速时间太短
②存在干扰噪声； ③系统屏蔽不良
五、实验结果记录
序
号
1
2
3
4
5
6
典型故障
故障设置方法
故障现象
原因
步进驱动器A+与A-互换，手动运行X
轴，观察故障现象
将步进驱动器的电流设定值调到最小，
运行X轴与正常情况下比较
将X轴的指令线中的CP+、CP-进行互
换，运行X轴与正常情况下比较
将X轴的指令线中的DIR+、DIR-任
意取消一根，运行X轴与正常情况下比
较
将X轴的指令线中的DIR+、DIR互换，
运行X轴与正常情况下比较
只将线圈A、B与步进驱动器连接，将
C、D两线圈与驱动器断开，运行X轴，
观察现象
7
只将线圈A、C与步进驱动器连接，将
B、D两线圈与驱动器断开，运行X轴，
观察现象
实验六 交流伺服系统调试及使用实验
一、实验目的
1、熟悉交流伺服系统的构成及原理以及伺服电机、驱动器、数控系统的
连接；
2、掌握交流伺服电机及驱动器的性能与特性。
3、熟悉交流伺服系统的动态特性及其基本参数调整。
二、实验内容
1、数控系统与交流伺服驱动器的连接；
2、世纪星HNC-21TF配伺服驱动时的参数设置；
3、伺服驱动器的调节与参数设置；
4、交流伺服驱动器典型故障并分析原因。
三、仪器设备
•
HED-21S数控综合实验台一台 工具包 数控实验台电气原理图
四、实验步骤
1、数控系统与交流伺服驱动装置的连接
各引脚定义：CN1——伺服允许信号、数控控制信号、伺服准备好信号
R、S、T ——伺服强电
r、t——工作电源
CNC：U、V、W——驱动器电源输出端子 PE——接地端子
CN2——脉冲编码器反馈信号接线端子
•
2、HNC-21TF配伺服驱动时的参数设置
•
按表一对伺服电机有关参数设置坐标轴参数，按表二设置硬件参数。
3、伺服驱动器的调节实验
实验台所选用的三洋驱动器操作面板有五个按键，其功能如下表三所示，
可以通过这五个按键来进行参数的修改和调试。
•
（1）空载下调试及运行
•
为了判断伺服驱动系统的功能是否正常，可以直接利用伺服驱动器对电机进
行控制，实验台的Z轴采用的交流伺服电机，可以完成此项功能的调试。
•
表一 坐标轴参数
•
参数名
•
参数值
•
外部脉冲当量分子
•
5
•
外部脉冲当量分母
•
2
•
伺服驱动型号
•
46
•
伺服驱动器部件号
•
2
•
最大定位误差
•
20
•
最大跟踪误差
•
12000
•
电动机每转脉冲数
•
2000
•
伺服内部参数[0]
•
0
•
伺服内部参数[1]
•
1
•
伺服内部参数[2]
•
0
•
伺服内部参数[3]、[4]、[5]
•
1
•
快速加减速时间常数
•
100
•
快速加速度时间常数
•
64
•
加工加减速时间常数
•
100
•
加工加速度时间常数
•
64
参数名
部件2
型号
5301
表二硬件配置参数
标识
地址
45
0
配置[0]
50
配置[1]
0
表三 按键功能表
按键名称
确认键
光标键
上键
下键
标志
WR
▲
▲
▼
输入时间
1秒以上
1秒以内
1秒以内
1秒以内
功能
确认选择和写入后的编辑数
据
选择光标位
在正确的光标位置按键更改
变数据，当按下1秒或更长时
间，数据上下移动
选择显示模式
模式键
1秒以内
MODE
•
具体步骤如下：
•
①按下MODE键显示测试模式
，通过上下键来增加和减少数值。
②按下WR键1秒钟，显示起初的屏幕显示，当按下MODE键，返回页面
选择屏幕。当再次按下MODE键，转换到下一组模式。
③监控模式各页码说明如表四。
表四 监控模式说明
页码
功能描述
速度模拟指令/转矩指令自动更改
00
转矩模拟指令自动提升
01
报警复位
02
编码器清除
03
固定励磁
04
手动操作
05
自整定陷波滤波器
06
（2）通过修改伺服驱动器的通用参数，改变驱动器的运动性能
注意：在做实验时如果发生Z轴啸叫、抖动或其他不良情况，请务必将急停
拍下或将伺服电机强电断路，然后将参数恢复，以防损坏设备。
•
<1> PA000 位置比例增益
①设定位置环调节器的比例增益。
②设置值越大，增益越高，刚度越大，相同频率指令脉冲条件下，位置滞后
量越小，但数值太大可能会引起震荡或超调。
③参数数值由具体的伺服系统型号和负载确定。
更改驱动器的位置比例增益，让系统以固定的频率给驱动器发送脉冲，既让
Z轴以一个固定的速度运行，然后选择系统跟踪误差显示模式，记录下来运行稳
定时的跟踪误差值。填入下表五：
位置比例
5
20
30
500
1000
1200
增益值
系统跟踪
误差
Z轴运行
状态
<2> PA002 速度比例增益
①设定速度调节器的比例增益。
②设置值越大，增益越高，刚度越大，参数数值由具体的伺服系统型号和负
载确定，一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。
③在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较大的值。
更改驱动器的速度比例增益，让系统以固定的频率给驱动器发送脉冲，既
让Z轴以一个固定的速度运行，然后选择系统跟踪误差显示模式，记录下来运
行稳定时的跟踪误差值。填入下表六
速度比例
5
增益值
系统跟踪
误差
Z轴运行
状态
20
30
500
1000
1200
<3> PA003 速度积分时间常数
①设定速度调节器的积分时间常数。
②设置值越大，积分时间越快，参数数值由具体的伺服系统型号和负载确定，
一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。
③在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较小的值。
更改驱动器的速度比例增益，让系统以固定的频率给驱动器发送脉冲，既
让Z轴以一个固定的速度运行，然后选择系统跟踪误差显示模式，记录下来运
行稳定时的跟踪误差值。填入下表七：
速度积分
800
时间常数
系统跟踪
误差
Z轴运行
状态
400
20
6
1
通过修改参数，观察电机的运行性能，观察什么请况下电机出现抖动、啸叫、
超调，在参数不同的情况下，电机运转时观察坐标的变化情况，系统跟踪误差
的大小，回零时的不同现象，将电机调节到比较理想状态，电机动作时的不同
现象。
<4>下面根据下表八对伺服电机进行调试，把观察到的工作台的运行状态，
伺服电机的运行及系统的状态填入表八：
4、设置典型故障并分析原因
步进电机主要故障及诊断如表九、十所示。在设置完故障后，将其恢
复到原始状态。
表
速度积分
800
400
八
20
6
1
时间常数
位置环比
例增益值
系统跟踪
误差
Z轴运行
状态
报警号
12
13
14
15
15
18
20 21 22
23
24
38
表 九 交流伺服驱动器主要故障及原因
报警内容
主要原因
过电压
①输入的交流电电压过高 ②再生放电电路故障； ③驱动器内部电路故障
欠电压
①输入的交流电电压过低； ②电源容量太小 ③伺服 ON 信号提前有效
过电流
过热
过热
制动过压
①电动机接线短路；②电动机接线对地短路；③驱动器的 IGBT 器件损坏；④电
动机与驱动器不匹配
①驱动功率元件过热； ②温度传感器电路故障
①驱动功率元件过热； ②温度传感器电路故障
①放电电阻开路或阻值太大； ②负载惯量太大； ③电动机转速太高； ④减速时
问太短
编码器出错 ①无
A 相和 B 相脉冲； ②引线电缆短路； ③噪声干扰； ④接地、屏蔽不良
位置偏差过
大
①指令脉冲频率太高；②转矩限制太低； ③位置增益太小
限位保护
①限位开关动作； ②限位开关电路开路
表 十 交流伺服电机的主要故障及原因
序
号
故障现象
主要原因
①控制模式选择不当；②信号源选择不当； ③转矩限制禁止设定不当；④转矩限制
1
电动机不转
被设置成 0 ； ⑤零速箝位被接通；⑥限位开关开路，驱动禁止； ⑦投有伺服 ON
信号；⑧指令脉冲禁止有效； ◎轴承锁死
2
转速不均匀
①增益时间常数选择不当；②速度或位置指令不稳定， ③伺服 ON 、转矩限制、
指令脉冲禁止信号有抖动；④速度指令包含噪声； ⑤信号线接触不良
①指令脉冲波形不好，变形或太窄； ②指令脉冲上有噪声干扰； ③位置环增益太
小； ④指令脉冲频率过高； ⑤伺服 ON 、转矩限制、指令脉冲禁止信号有抖动
① Z 相脉冲丢失； ②回归速度太高； ③原点接近开关，输出抖动； ④编码器信
号有噪声
①速度指令包含噪声； ②增益太高； ⑧机械共振； ④电动机的机械故障
3
定位精度不好
4
初始位置变动
5
6
电动机异常响声
＼振动
电动机过热
①增益不当； ②驱动器与电动机配合不当； ③电动机轴承故障； ④驱动器故障
五、实验结果记录
1、伺服驱动器的调节实验结果记录
根据实验现象，将表五、六、七、八填好。
2、故障设置实验结果记录
典型故障
序
号
1
2
故障设置方法
将伺服驱动器的控制电源24V断开，
运行Z轴，观察系统及驱动器的现象
将系统的输出信号Y17断开，运行Z
轴，观察系统及驱动器的现象
将伺服驱动器的码盘线人为的松动或
断开，观察系统及驱动器的现象
将系统参数中的硬件配置中的部件2
由50更改为2，运行Z轴
将系统参数中的部件2的配置[0]改
为34，伺服参数PA400设为20H，
运行Z轴
故障现象
原因
3
4
5
实验七 变频调速系统的构成、调整及使用实验
一、实验目的
1、熟悉异步电动机、变频器的控制原理以及与控制系统的连接方法；
2、了解变频器数字操作键盘的使用和参数设置的方法，变频器常见功能
的测试。
3、掌握主轴伺服系统常见故障的诊断方法。
二、实验内容
1、数控系统与主轴变频器的连接；
2、SJ100变频器面板的认识实验；
3、变频器与三相异步电动机的控制实验；
4、主轴伺服驱动器典型故障并分析原因。
三、仪器设备
•
HED-21S数控综合实验台一台 工具包 数控实验台电气原理图
四、相关知识
变频调速的控制原理：
根据电机学的理论，交流电动机的转速n为：
若均匀地改变定子供电频率，则可以平滑地改变电动机的同步转速，从而得
到范围宽、精度高的优良调速性能。
旋转磁场以同步转速切割定子绕组时，在每相绕组中产生的感应电动势为：
式中：——定子每相绕组有效匝数；
——每极磁通量；
——定子相电压。
因此
分析上式可知：如在变频调速中，只保持定子电压，不变，则主磁通的大
小将随的改变而发生变化。在一般电动机中，中。值通常是在额定电压的运行
条件下确定的，为了充分地利用电动机铁心，都把磁通量选取在接近磁饱和的
数值上。如果在调速过程中，频率从工频往下调，则上升，将导致铁心过饱和
而使励磁电流迅速上升，铁心过热，功率因数下降，电动机带负载能力降低。
因此，必须在降低频率的同时，降低电压，以保持不变。这就是所谓的恒磁通
变频调速。因此，交流电动机的变频调速控制兼有调频和调压的功能。
并且，根据电动机所带负载的特性，有恒转矩调速、恒最大转矩调速、恒
功率调速几种控制方式。
五、实验步骤
1、数控系统与主轴伺服系统的连接
2、SJ100变频器面板的认识实验
•
（1）操作面板的各个按键的作用定义如下：
•
RUN——给变频器提供一个运行的指令，按此键可以启动电动机的运转，前提
是变频器处在键盘控制方式下。
•
STOP——给变频器提供一个停止运行的指令，按此键可以停止电动机的运转，
前提是变频器处在键盘控制方式下。
•
FUN——功能键，修改变频器时，可以选择参数模式以及在设置参数时使用。
•
▲——修改参数时增大参数值。
•
▼——修改参数时减小参数值
•
STR——可以对变频器的修改参数进行保存
•
电位器——操作者可以通过电位器来改变变频器的输入模拟电压指令
（2）变频器常见功能参数
日立变频器参数主要分为：
D组——监视功能参数
F组——主要常用参数
A组——标准功能的设定
B组——微调功能参数
C组——智能段子功能
H组——电机相关参数设置及无传感器矢量功能参数设置。
3、变频器与三相异步电机的控制实验
日立变频器的三种控制方式
（1）手操键盘给定：
这种方式是通过变频器的操作键盘以及变频器自身提供的控制参数来对变
频器进行控制，具体操作步骤如下：
①将参数A01设为02、A02设为02；
②通过▲或▼键改变参数F01的参数值（变频器的频率给定）来增加或减
少给定频率；
③完成上述步骤后，变频器进入待命状态，按RUN键，电动机运转；
④按STOP/RESET键，停止电动机；
⑤设置参数F04的参数值为00或01改变电动机的旋转方向；
⑥按RUN键，电动机运转，但方向已经改变。
（2）电位器给定：
SJ100面板上配有调速电位器，可通过其旋钮来调节变频器所需要的指令
电压，来控制变频器的输出频率，改变电机的运转速度。采用这种控制方式的
具体操作步骤如下：
①将参数A01设为00、A02设为02，A04设为60；
②通过调节电位器来控制电动机的运行转速，将电位器转过一定的角度；
③完成上述步骤后，变频器进入待命状态，按RUN键，电动机运转，通过
改变电位器的旋转角度来改变变频器的输出频率，控制电机的旋转速度；
（3）数控系统给定
数控系统给定的控制方式是通过改变变频器的控制端子进行控制，变频器
频率给定与运行指令都是利用数控系统进行控制的，采用数控系统控制具体步
骤如下：
①将变频器、异步电动机、数控系统正确连接，接通电源；
②按照手操键盘给定方式，将A01和A02恢复到01；；
③通过华中世纪星的主轴控制命令，控制变频器的运行，例如在MDI下执
行M03 S500，电机就会以500转/分正转；
4、设置典型故障并分析原因
在设置完故障后，将其恢复到原始状态。
六、实验结果记录
故障设置实验结果记录
典型故障
序
故障设置方法
故障现象
号
将步进电机的三相电源中的两相进行
1
互换，运行主轴，观察出现的现象
将变频器的模拟电压取消或极性互
2
调，运转主轴，观察现象
3
将变频器的H组参数中的极数设置为
6或2，运行主轴观察现象
将主轴的正反转信号取消，运行主轴，
观察现象
原因
4
实验八 华中数控系统的连接与参数调试实验
一、实验目的
1、熟悉华中系统与各部分之间的连接，能独自完成接线；
2、了解参数设置对数控系统运行的作用及影响。
3、能够正确设置数控系统常用参数。
二、实验内容
1、数控系统的连接
2、世纪星HNC-21TF的参数设置调整；
3、数控系统参数典型故障设置并分析故障原因。
三、仪器设备
•
HED-21S数控综合实验台一台 工具包 PC键盘一个
四、相关知识
1．参数树
数控系统中的参数进行分级管理，各级参数组成参数树。华中HNC-21TF
数控系统的参数树如图1所示。
2．参数管理权限
数控装置的运行，严格依赖于系统参数的设置，因此，对参数修改的权限采
用分级管理。在华中HNC-21TF数控装置中，设置了三种级别的权限，即数控
厂家、机床厂家、用户；不同级别的权限，可以修改的参数是不同的。
1)数控厂家：最高级权限，能修改所有参数。
2)机床厂家：中间级权限，能修改机床调试时需要设置的参数。
3)用户厂家：最低级权限，仅能修改用户使用时需要改变的参数。
数控机床在最终用户处安装调试后，一般不需要修改参数。在特殊的情况下，
如需要修改参数，首先应输入参数修改的密码，所输入的密码正确，则可进行
此权限级别的参数修改；否则，系统会提示密码输入错，不能进行该权限级别
参数的修改。
3．主菜单与子菜单
在华中HNC-21TF数控装置中主操作界面下，用Enter键选中某项后，若
出现另一个菜单，则前者称主菜单，后者称子菜单。菜单可以分为两种：弹出
式菜单和图形按键式菜单，如图2所示。
4．参数的形式
数控系统参数是以数据的形式保存在数控装置内具有掉电保护功能的存储
区域里，系统参数可以显示在CRT上，以人机交互的方式设置、调整，通过参
数与系统软件沟通，便达到在数控装置硬件不变的条件下功能调整。数控系统
参数一般有两种形式。
图 1数控系统的参数树
图2 主菜单和子菜单
（1）位参数
位参数即二进制的“l“或“0”，每位“1”或“O”可表示某个功能的“有”或“无”，
也可表示不同功能形式的转换。尽管这种表示简单，但功能性很强，包含的内
容相当多。
位参数在系统中可达几十个到上千个，有的系统在CRT上有简单注释，而
多数没有注释，这就要求必须保存好技术手册，以便对照检查。
（2）数据参数
数据参数多用十进制数值表示，它表示的是某些功能的设定值或规定范围。
4．数控系统的参数意义
(1)系统参数
系统参数包括有插补周期、刀具寿命管理使能、移动轴脉冲当量分母等。系
统参数的单位、设定值及其说明见附表E-1。
(2)通道参数
通道参数的管理权限、设定及说明见附表E-1。
（3）坐标轴参数
坐标轴参数包含有轴名称、所属通道号、轴类型、单位内部脉冲当量、正
软极限位置等等，常见的坐标轴参数见附表E-1。
(4) 轴补偿参数
轴补偿参数的管理权限、设定及说明见附表E-1。
（5）硬件配置参数
硬件配置参数可以看作是系统内部所有硬件设备的清单。共可配置32个部
件，从部件0到部件31，每个部件包含五个参数。部件外部设备的型号、标识
及配置见表6-3，部件配置参数的管理权限、设定及说明见附表E-1。
表6-3 部件外部设备的型号、标识及配置
设备说明
面板开关量输入输出
输入16组；输出8组
外部开关量输入输出
输入5组；输出4组
主电机驱动单元D/A接口XS9
主轴编码器接口XS9
手摇脉冲发生器接口XS8
XS40
串行伺服接口
XS41
(HSV-11伺服)
XS42
XS40～XS43
XS43
步进驱动
其它进给驱动接脉冲接口伺服
口XS30～XS33
模拟接口伺
服
部件型号
标识
地址
配置[0]
0
13
1
15
32
31
5301
49
46
45
41/42
0
4
5(6)
0
1
2
3
注[1]
注[2]
注[3]
0
配置
[1]
注[4]
0
注[1]： D0～D3(二进制)；轴号，0000-1111
D4～D5(二进制)；00——(缺省)单脉冲输出 01——单脉冲输出
10——双脉冲输出 11——A B相输出
注[2]： D0～D3(二进制)；轴号，0000-1111
D4～D5(二进制)；00——(缺省)单脉冲输出 01——单脉冲输出
10——双脉冲输出 11——A B相输出
D6～D7(二进制)；00——(缺省)A B相反馈 01——单脉冲反馈
10——双脉冲反馈 11——A B相反馈
注[3]： D0～D3(二进制)；轴号，0000-1111
D6～D7(二进制)；00——(缺省)A B相反馈 01——单脉冲反馈
10——双脉冲反馈 11——A B相反馈
注[3]： 0：编码器Z脉冲边沿
8：编码器Z脉冲高电平
-8：编码器Z脉低电平
其它：以开关量代替Z脉冲。
（6） PMC 系统参数
PMC 系统参数的管理权限、设定及说明见附表E-1。
数控系统中的参数在系统中可达几十个到上百个，而多数没有注释，要求必
须保存好技术手册，以便对照检查。
5．参数相互之间的关系
华中HNC-21TF数控装置中，主要参数相互之间的关系如图6-6所示。
图6-7中的符号①的参数关系如下：如果在硬件配置参数中将部件3的型
号设为“5301”，标识设为“49”，配置[0]设为“0”，将由XS40控制的11型伺
服单元分配到系统硬件清单中的3号部件；在坐标轴参数中通过将轴2的部件
号；设为“3”而使得系统实际轴2控制的轴为部件3指定的轴，即XS40控制的
11型伺服轴；在通道参数中通过将A轴的轴号设为2，使得轴2成为逻辑轴A
轴，相应的轴2的名称即为“A”。
图6-6 HNC-21TF主要参数关系图
五、实验步骤
1、数控系统的连接
首先按照《数控综合实验台电气原理图》，一一连接数控数控系统与各个
部分。
•
（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
•
2、HNC-21TF数控系统的参数设置与调整
在华中HNC-21TF数控装置中主操作界面下(如图6-3所示)，按F3键
进入“参数功能”子菜单。
图6-3主操作界面 图6-4“参数索引”子菜单
参数查看具体操作步骤如下。
①在“参数功能”子菜单下，按F1键，系统将弹出如图6-4所示的“参数索
引”子菜单。
②用、键选择要查看或设置的选项，按Enter键进入下一级菜单或窗口。
③如果所选的选项有下一级菜单，例如“坐标轴参数”，系统会弹出该选项
的下一级菜单；如图6-5所示的“坐标轴参数”菜单。
④用同样的方法选择、确定选项，直到所选的选项没有下一级的菜单止，此
时，图形显示窗口将显示所选参数块的参数名及参数值，例如在“坐标轴参数”
菜单中选择“轴O”，则显示如图6-5右上所示的“坐标轴参数-轴0”窗口；用、、、、
PgUp、PgDn等键移动蓝色光标条，到达所要查看或设置的参数处。
⑤坐标轴参数的类型
由图6-5所示的“坐标轴参数-轴0”窗口的参数可知，坐标轴参数的类型有
功能型参数和真实值型参数。
图6-5“坐标轴参数-轴O”窗口
(2)数控设置的接口及连接部件的标识
在华中数控系统中，HNC-21TF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O，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XSl0口接输入开关量。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入／输出量。通常部件号为20，标识为13。
(3)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
入表6-6中。
表6-6 硬件配置参数的设置
参数名
型 号
标 识
地 址
配置[o]
配置[1]
部件O
530l
45
部件1
530l
46
部件2
530l
45
部件20
530l
13
部件21
530l
13
部件22
530l
15
部件24
530l
3l
(4)PMC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6-7
中。
表6-7 PMC系统参数的设置
参数名
开关量输入总组数
开关量输出总组数
输入模块O部件号
输入模块O组数
输入模块1部件号
输入模块1组数
输出模块O部件号
输出模块O组数
输出模块1部件号
输出模块1组数
输出模块2部件号
输出模块2组数
手脉O部件号
参数说明
开关量输入总字节数
开关量输出总字节数
XS1O输入的开关量部件号
XS1O输入的开关量字节数
面板按钮输入开关量部件号
面板按钮输入开关量字节数
XS20输出的开关量部件号
XS20输出的开关量字节数
主轴模拟电压指令对应的数字量部件号
主轴模拟电压指令对应的数字量字节数
面板按钮输出开关量部件号
面板按钮输出开关量字节数
手摇脉冲发生器的部件号
参数设
置
(5)坐标轴参数的设置。
①X坐标轴参数的设置
X坐标轴参数的设置见表6-8。
表6-8 X坐标轴参数的设置
参数名
伺服驱动器型号
伺服驱动器部件号
最大跟踪误差
电动机每转脉冲数
伺服内部参数[O]
伺服内部参数[1]
参数说明
脉冲接口伺服驱动器型号代码为45
该轴对应的硬件部件号
电动机转动一圈对应的输出脉冲当量数
设置为0
反馈电子齿轮分子
参数范
围
45
O
10000
2500
O
1
伺服内部参数[2]
反馈电子齿轮分母
1
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。
应注意将定位允差、最大跟踪误差必须设置为O，否则坐标轴一移动，系统就
会报警。Y坐标轴参数的设置见表6-9。
表6-9 Y坐标轴参数的设置
参数名
伺服驱动型号
伺服驱动器部件号
定位允差
最大跟踪误差
伺服内部参数[0]
③Z坐标轴参数的设置
Z坐标轴参数的设置见表6-10。
表6-10 Z坐标轴参数的设置
参数名
伺服驱动型号
伺服驱动器部件号
电动机每转脉冲数
伺服内部参数[0]
④通道参数的设置
标准设置选“O通道”，其余通道不用，参数设置见表6-11。
表6-11 通道参数的设置
参数名
通道使
能
X轴轴号
Y轴轴号
Z轴轴号
值
1
O
2
说 明
“O通道”使能
X轴部件号
光栅尺部件
号
Z轴部件号
参数名
移动轴拐角误
差
旋转轴拐角误
差
通道内部参数
参数说明
脉冲接口伺服驱动型号代码为45
该轴对应的硬件部件号
参数范围
45
2
O
O
O
设置为O
参数说明
步进电动机不带反馈代码为46
该轴对应的硬件部件号
电动机转动一圈对应的输出脉冲当量数
步进电动机拍数
参数范围
46
1
1600
4
值
20
20
O
说 明
禁止更改
禁止更改
禁止更改
1
(6)数控系统参数的调整。
1)与主轴相关参数的调整。
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[O])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O．1 mm)，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10 mm或10 mm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。
六、实验结果记录
1、参数设置与调试实验结果记录
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
入表1中。
表 1硬件配置参数的设置
参数名
部件O
部件1
部件2
部件20
部件21
型 号
5301
5301
530l
5301
5301
标 识
45
46
45
13
13
地 址
配置[0]
配置[1]
部件22
部件24
5301
5301
15
3l
② PMC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 2 PMC 系统参数的设置
参数名
开关量输人总组数
开关量输出总组数
输入模块 0部件号
输入模块 0组数
输入模块 1部件号
输入模块 1组数
输出模块 O部件号
输出模块 0组数
输出模块 1部件号
输出模块 1组散
输出模块 2部件号
输出模块 2组数
手脉 0部件号
参数说明
开关量输入总字节数
开关量输出总字节数
XSl0输入的开关量部件号
xSl0输入的开关量字节数
面板按钮输入开关量部件号
面板按钮输入开关量字节敦
XS20输出的开关量部件号
xS20输出的开关量字节数
主轴模拟电压指令对应的数字量部件号
主轴模拟电压指令对应的数字量字节散
面板按钮输出开关量部件号
面板按钮输出开关量字节数
手播脉冲发生器的部件号
参效设置
2、故障设置实验结果记录
典型故障
序
号
1
2
故障设置方法
将X坐标轴的参数中的外部脉冲当量
的分子和分母的符号进行改变，运行
X轴有什么现象
将坐标轴参数中的正负软限的符号设
置错误
将X轴的轴参数中的运行拍数（P0）
设置为0，退出系统后运行X轴的回
零操作观察故障现象
将Z轴参数中的定位允差与最大跟踪
误差分别设为5和1000，快速移动
工作台的Z轴，观察现象
将X坐标轴参数中的伺服单元型号设
置为45，Z坐标轴设置为46，重新
开机后观察系统运行情况
故障现象
原因
3
4
5
6
将Z坐标轴参数中的伺服内部参数
P[1]、P[2]中的任一符号进行改动，
运行Z轴
七、思考题
1．如用HNC-21TF车床数控装置、松下MSDA023AIA交流伺服单元、
MSMA022A1C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?
2. 简述数控系统参数设置的过程。
实训三
HED—21S数控系统综合实验台机械部分拆装
一、实训目的
1、了解数控设备机械部分工作结构及原理。
2、熟悉数控设备重要传动机械拆装过程。
3、认识数控机床部件间几何位置关系，检测方法及其数据处理；了解整机几何
精度要求，误差来源。
4、了解有关检测仪器的工作原理和工具的使用方法。
二、实训设备
HED—21SF数控系统综合实验台
钳工工具箱
量具（千分尺、百分表、磁性表座、平尺、游标卡尺等）
三、相关知识
1、数控机床坐标系
数控机床有主运动和坐标方向上的进给运动，因此，数控机床机械部分主
要由主轴部件和进给部件组成。进给移动部件一般具有X、Y、Z三个坐标方向
上的运动，为 保证被加工工件的几何精度，机床主轴旋转中心及个坐标运动方
向的几何位置必须达到一定的精度指标。三个坐标方向必须垂直，主轴旋转轴
线必须垂直于X坐标 轴、Y坐标轴组成的平面或平行于Z轴坐标。
2、机床精度概念
机床的加工精度是衡量机床性能的一项重要 指标。影响机床加工精度的因
素很多 , 有机床本身的精度影响 , 还有因机床及工艺系统变形、加工中产生振
动、机床的磨损以及刀具磨损等因素的影响 。在上述各因素中 ,机床本身的精
度是一个重要的因素。例如在车床上车削 圆柱面 ,其圆柱度主要决定于工件旋
转轴线的稳定性、车刀刀尖移动轨迹的直线度以及刀尖运动轨迹与工件旋转轴
线之间的平行度 ,即主要决定于车床主轴与刀架的运动精度以及刀架 运动轨迹
相对于主轴的位置精度。
机床的精度包括几何精度、传动精度、定位精度以及工作精度等 , 不同类型的
机床对这些方面的要求是不一样的。
(1)几何精度
机床的几何精度是指机床某些基础零件工作面的几何精度 ,它指的是机床
在不运动 ( 如主轴不转 ,工作台不移动)或运动速度较低时的精度.它规定了决
定加工精度的各主要零、部件间以及这些零、部件的运动轨迹之间的相对位置
允差。例如 ,床身导轨的直线度、工作台面的平面度、主轴的回转精度、刀架溜
板移动方向与主轴轴线的平行度等。在机床上加工的工件表面形状 ,是由刀具和
工件之间的相对运动轨迹决定的 ,而刀具和工件是由机床的执行件直接带动的 ,
所以机床的几何精度是保证加工精度最基本的条件。
(2)传动精度
机床的传动精度是指机床内联系传动链两末端件之间的相对运动精度。这
方面的误差就称为该传动链的传动误差。例如车床在车削螺纹时 ,主轴每转一
转 ,刀架的移动量应等于螺纹的导程。但是 ,实际上 ,由于主轴与刀架之间的传
动链中 ,齿轮、丝杠及轴承等存在着误差 ,使得刀架的实际移距与要求的移距之
间有了误差 ,这个误差将直接造成工件的螺距误差。为了保证工件的加工精度 ,
不仅要求机床有必要的几何精度 ,而且还要求内联系传动链有较高的传动精度。
(3)定位精度
机床定位精度是指机床主要部件在运动终点所达到的实际位置的精度。实
际位置与预期位置之间的误差称为定位误差。对于主要通过试切和测量工件尺
寸来确定运动部 件定位位置的机床 ,如卧式车床、万能升降台铣床等普通机床 ,
对定位精度的要求并不太高。但对于依靠机床本身的测量装置、定位装置或自
动控制系统来确定运动部件定位位置的机床 ,如各种自动化机床、数控机床、坐
标测量机等 ,对定位精度必须有很高的要求。
机床的几何精度、传动精度和定位精度通常是在没有切削载荷以及机床不
运动或运动速度较低的情况下检测的 ,故一般称之为机床的静态精度。静态精度
主要决定于机床上主要零、部件 , 如主轴及其轴承、丝杠螺母、齿轮以及床身
等的制造精度以及它们的装配精度。
(4)工作精度
静态精度只能在一定程度上反映机床的加工精度 ,因为机床在实际工作状
态下 ,还有一系列因素会影响加工精度。例如 ,由于切削力、夹紧力的作用,机床
的零、部件会产生弹性 变形 ; 在机床内部热源 ( 如电动机、液压传动装置的
发热 ,轴承、齿轮等零件的摩擦发热等) 以及环境温度变化的影响下 ,机床零、
部件将产生热变形 ; 由于切削力和运动速度的影 响 , 机床会产生振动 ;机床
运动部件以工作速度运动时 ,由于相对滑动面之间的油膜以及其他因素的影响 ,
其运动精度也与低速下测得的精度不同 ; 所有这些都将引起机床静态精度的变
化 , 影响工件的加工精度。机床在外载荷、温升及振动等工作状态作用下的精
度 ,称为机床的动态精度。动态精度除与静态精度有密切关系外 ,还在很大程度
上决定于机床的刚度、抗振性和热稳定性等。目前 , 生产中一般是通过切削加
工出的工件精度来考核机床的综合动态精度 ,称为机床的工作精度。工作精度是
各种因素对加工精度影响的综合反映。
四、实训内容及步骤
1、了解HED—21S数控系统综合实验台主轴部件、刀台部件、十字工作台结
构。
图 3—1 十字工作台俯视图
图 3—2 十字工作台剖视图
2、HED—21S数控系统综合实验台十字工作台拆装。
3、滚珠丝杆副的认识、联轴器拆装、圆柱导轨副拆装。检查导跪滑块接触面、
螺母支座接触面与工作台的平行度。
4、卸下滚珠丝杆支座及丝杆副、连轴器、驱动电机。检查滚动导轨安装面平面
度和导向面直线度。
5、测量主要零件尺寸，画出草图，记录结果。
6、清洗拆下的零部件，重新装配。滚珠丝杆安装时，检查与导轨平行度，达到
拆卸前的精度。
7、检查工作台几何精度，并达到拆装前精度值。
8、分析影响机床几何精度的因素。
9、重新装配后启动运行。
五、记录
1、记录拆装十字工作台主要技术参数。
2、记录拆装后十字工作台几何精度。
序号
检查项目
拆卸前
拆卸后
备注
1
2
3
4
5
6
7
主轴径向跳动
主轴轴向串动
X、Y方向垂直度
X、Y轴移动直线度
X、Y轴向串动
X、Y原点重复检查
拖板平面与底座平面平行
度
演示过程
8
9
拖板平面直线度
滚珠丝杆与导轨平行度