HED-21S数控系统综合实验台数控系统原理及组成
《数控机床电气控制》21S数控系统综合实验台机械部分拆装
实验九 HED—21S数控系统综合实验台机械部分拆装一、实验目的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、实验设备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。
华中数控实验台
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。
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0～10V，0～20mA或－10～10V，0～20mA。
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）。
试验一数控试验台的部件认识
试验一：数控试验台部件认识试验了解数控试验台的各部件的功能1、介绍数控综合试验台的各主要部件2、介绍数控系统的接口数控系统各部件的连接及如何工作试验课讲授、操作示范实训设备宋福林1、说明实试验要求、试验内容2、介绍数控综合试验台的各主要部件3、学生自己动手观察找出各部件及了解各部件的功能试验一：数控试验台部件认识试验一、数控系统的组成数字控制机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床，它是数控技术的典型应用。
数控系统是实现数字控制的装置，计算机数控系统是以计算机为核心的数控系统。
计算机数控系统的组成如图1所示。
图1 计算机数控系统组成框图二、计算机数控装置（CNC装置）CNC装置是计算机数控系统的核心，它包括微处理器CPU、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与CNC系统其它组成部分联系的接口及相应的控制软件。
CNC装置根据输入的加工程序进行运动轨迹处理和机床输入/输出处理，然后输出控制命令到相应的执行部件，如伺服单元，驱动装置和PLC等使机床进行相应的动作。
CNC装置输出的信号有各轴的进给速度，进给方向和位移指令，还有主轴的变速，换向和启停信号，换刀指令，冷却液泵、润滑油泵的启停信号，工件和机床部件松开、夹紧，分度工作台转位辅助指令信号等。
这个过程是有CNC装置内的硬件和软件协调完成的。
1、数控系统的接口华中世纪星数控系统（HED-21S数控综合试验台）XS1：电源接口XS2：外接PC键盘接口XS3：以太网接口XS4：软驱接口，XS5：RS232接口XS6：远程I/O板接口XS8：手持单元接口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-11型伺服轴控制接口1.4伺服单元试验台采用的伺服驱动单元:1)步进驱动单元步进驱动器采用深圳雷塞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。
数控原理与数控系统任务2 计算机数控系统
（五）CNC系统的一般工作过程 CNC系统的工作过程就是在硬件的支持下，软件完成控制功能的过程。数控加工程序输入 CNC装置后，在内部进行一系列处理，输出相应的位置控制信号给伺服系统，经过电动机和 丝杠副驱动工作台或刀具进行移动，最后加工出合格的零件。
任务2
计算机数控系统
通过对HED-21S数控系统综合实验台的操作，掌
岗位工作 情景描述
握数控装置的组成、功能及其特点。从硬件和软件 两方面进一步了解数控系统的结构特点，掌握数控 系统工作过程
任务2
计算机数控系统
知识目标
学习 目标
理解CNC系统的软、硬件结构组成及其特点 掌握CNC装置的工作原理，了解多任务性与并行处理技术、实时
（2）多CPU结构CNC系统
多CPU结构CNC系统是指在CNC系统中有两个或两个以上的CPU能控制系统总线或主存储器进行工 作的系统结构。该结构有紧耦合和松耦合两种形式。紧耦合是指两个或两个以上的CPU构成的处 理部件之间相关性强，有集中的操作系统，共享资源。松耦合是指两个或两个以上的CPU构成的 功能模块之间相关性弱或具有相对的独立性，可以由多重操作系统实现并行处理 ①共享总线结构 ②共享存储器结构
功能验证
任务2
计算机数控系统
（一）CNC系统的硬件构成
知识 准备
从CNC系统的外部硬件构成上看，一般可以分为中央处理单元CPU、 存储器（ROM/RAM）、输入输出设备（I/O）、操作面板、显示器 和键盘、可编程控制器等，如图2-1所示。CPU负责运算及对整个系 统进行控制和管理。ROM和RAM用于储存系统软件和零件加工程序 以及运算的中间结果等。输入输出接口供系统与外部进行信息交换。 MDI/CRT接口完成手动数据输入并将信息显示在CRT/LCD 上。位置 控制部分是CNC装置的重要组成部分，它通过速度控制单元，驱使进 给电机输出功率和扭矩，实现进给运动 （二）CNC系统的硬件结构特点 1.整体式结构和分体式结构 2.大板式结构和模块化
HED-21S数控综合实验台画笔自动控制机构设计
王淑英．电气控 制与 Ｐ Ｃ应 用［ ． 京 ： 械 Ｌ Ｍ３北 机 Ｅ３ 许缪 ， ６
工业 出版社 ，０ １ ２ １．
数 Ｍ］北 人 ［］ 陈 富安． 控 原 理 与系 统 ［ ． 京 ： 民 邮 电出 版 ３
［ 责任编辑 、 校对 ： 包安源］
制机 构” 。该机 构 可 以在手 动 或 自动 情 况 下 随意 抬
笔与落笔 ， 需要画 图时落笔， 快速移动时抬笔 ， 利用
反力 弹簧 和磁 条压 纸等 方 法 ， 现 了纸 张 平整 不 跑 实
偏与画笔接触可靠 ， 绘图质量明显提高。
１ ＨＥ Ｄ一２ Ｓ数 控综 合 实验 台 画笔 自动控 １
制 机 构 设 计 概 述
ＨＥ Ｄ一 ２Ｓ数 控 系 统 综 合 试 验 台 用 于 培 养 学 １ 生掌握 数控 系统 的编 程方 法 、 控 系统 电气设 计 、 数 安
图 １ ＨＥ Ｄ一２ Ｓ数控 综 合 实验 台 画笔 自动 控 制 机 构 简 图 １
１ 手控磁力 吸盘 ２固定 卡 ３立柱 ４横杆 ５拧紧手柄 ６中性 笔芯 ７ 反力 弹簧 ８电磁铁 ９防护片 １ 丝杆 １ 导轨 Ｏ １
现 场实 习 效 果 。ＨＥ Ｄ一 ２Ｓ数 控 综 合 实 验 台 画笔 １
自动控制 机构 机 械设 计 结构如 图 １所示 。
容易损坏 ， 不能仿真快速移动和插补加工功能 ， 以 难
编写 比较 复杂 的程 序 等 。通 过 多 年 的教 学 实 践 ， 为
此研制了“ Ｅ 一２ Ｓ Ｈ Ｄ １ 数控综合实验台画笔 自动控
作者简介 ： 李玲 （９ ８ ， ， １ ６ 一）女 山西 吕梁人 ， 讲师 ， 硕士研究生 ， 从事 机电一体化专业教学和报
数控系统的组成
数控系统的组成数控系统是一种很强大的机械加工技术，它可以大大提高加工精度和效率，在传统机械加工技术中，它显示出自己无可替代的地位。
因此，越来越多的人开始关注数控系统的组成和工作原理，本文首先介绍数控系统的构成，然后介绍其工作原理。
数控系统的基本构成数控系统是一种集成的自动控制系统，它由计算机控制器，运动控制系统，工作台和联勤机床等主要部件组成。
它们之间的关系如图1所示。
计算机控制器是数控系统的核心，它负责接收用户的输入，控制和监控系统的运行，并传递指令给运动控制系统。
一般计算机控制器由中央处理器和存储器组成，它们在计算机指令的基础上，运行内部程序，实现控制和监控系统的功能。
运动控制系统是数控系统的基础，它负责机床的运动控制，多种动力发动机的驱动和控制，以及传感器的输入和信息的处理。
它由步进电机驱动器，以及与之相连的各种传感器，放大器，位置检测器组成，能够检测和控制机床的运动。
工作台是用来安装机床和工件的构件，主要由横梁，立柱，滑榫，研磨头，刀库等部分组成。
它具有一些基本功能，如固定，零件定位，运动控制，传动等，保证了机床和工件的稳定定位。
联勤机床是一种多功能、复合结构的机床，由主轴，夹头，多种动力装置组成，可以实现铣、钻、拉弯、削、磨、烫等加工功能。
数控系统工作原理数控系统的工作原理主要是计算机控制器接收用户的加工计划，把加工计划转换成控制程序，然后把控制程序传递给运动控制系统，由运动控制系统按照控制程序控制联勤机床进行加工，最后实现加工要求。
综上所述，数控系统是由计算机控制器，运动控制系统，工作台和联勤机床等主要部件组成的集成自动控制系统，它以计算机控制为核心，通过运动控制系统控制联勤机床，实现对工件的加工。
数控系统的组成及工作原理ppt课件
刀具半径补偿的建立：刀具由起刀点以进给速度接近工 件，刀具中心在法线方向与待加工工件偏离一刀具半径。 偏置方向由G41及G42确定。
刀具半径补偿的进行：一旦建立刀补，刀具始终偏离工 件轮廓一定距离，直到取消刀补为止。
刀具半径补偿的取消：刀具撤离工件，回到退刀点，取 消刀具半径补偿。退刀点应位于零件轮廓之外，可以与 起刀点相同，也可以不相同。
进给轴手动控制按钮，用于手动调整时移动各坐标轴。 主轴启停与主轴倍率选择按钮：用于主轴的启停与正、反
转以及主轴调速。自动加工启停按钮：用于自动加工过程 的启动于停止。 条件程序段选择开关：用于条件程序段是否执行。 倍率选择开关：用于选择进给速度的倍率及点动量。 另外还有一些状态指示等、报警装置等。
一．CNC数控系统基本构成
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
数控系统构成可以用下面的框图表示：
硬件系统
微机部分 外围设备部分 机床控制部分
CNC数控系统
系统软件 软件系统
应用软件
输入数据处理程序 插补运算程序 速度控制程序 管理程序 诊断程序
C刀具补偿原理图（1）
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
C刀具补偿原理图（2）
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
４．C刀具补偿原理（3）
数控系统的工作方式 C刀具补偿是在插补和控制的间隙进行刀补计算 的，通过设置多个缓存，采用流水作业的方式才 能提高计算速度，满足高速加工的需要。如图所 示。
数控系统的连接及调试
实训二数控系统的连接及调试一、实验目的1、熟悉HED—21S数控系统综合试验台各个组成部件的接口。
2、读懂电气原理图，通过电气原理图独立进行数控系统各部件之间的连接。
3、了解数控系统的调试运行方法。
二、实训设备HED—21S数控系统综合实验台万用表工具三、相关知识包括数控装置，由变频器和三相异步电机构成主轴驱动系统，由交流伺服单元和交流伺服电机构成的进给伺服驱动系统，由步进电机构成的进给伺服驱动系统等的数控系统，可实现主轴驱动系统的速度控制，进给伺服驱动系统的开环、半闭环、闭环控制。
1．电源部分图 4—1 电源部分接线图2．继电器与输入/输出开关量图4-2电器部分接线图图 4—3 继电板部分接口图 4—4 输入开关量接线图图 4—5 输出开关量接线图3．数控装置与手摇单元和光栅尺图 4—6 手摇单元接线图图 4—7 数控装置与光栅尺连接4．数控装置与主轴的连接图 4—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 4—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 4—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 4—11 刀架电动部分四、实训内容及骤1.数控系统的连接（1）电源回路的连接按前图接线，并用万用表检查电源电压和变压器输出端电压。
（2）数控系统继电器的输入/输出开关量连接按前图连接继电器和接触器，以及输入/输出开关量。
（3）数控装置和手摇单元的连接按前图连接手摇单元和光栅尺。
（4）数控装置和变频主轴的连接连接变频器和主轴电机强电电缆，以及数控装置和变频器信号线。
确保地线可靠。
（5）数控装置和交流伺服器的连接按前图连接交流伺服电机的强电电缆和码盘信号线，接入伺服单元电源。
地线可靠正确接地。
（6）数控装置和步进电机驱动器的连接按前图连接步进电机驱动器和步进电机，以及驱动器电源。
（7）数控系统刀架电动机的连接连接刀架电机。
2、数控系统调试(1)线路检查。
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实训四 HED-21S数控系统综合实验台数控系统原理及组成
一、实训目的
1、了解数控系统的特点、基本组成和应用。
1、进一步熟悉数控工作台系统的基本组成，各部件的原理及作用。
3、了解数控系统综合实验台各部分的连接。
4、进一步熟悉实验台的操作，进入系统，演示程序。
二、实训设备
HNC-21TF数控系统综合实验台
专用连接线一套
三、相关知识
1、数控机床各部分功能和原理（略）
2、HED—21S数控系统综合实验台各部分接线
集成数控装置、变频调速主轴、交流伺服单元、步进电机及驱动器、测量装置、十字工作台等组成。
图2—1 HED—21S数控系统综合实验台组成框图
图 2—2 部件总体连线框图
图 2—3 整体连线示意图
图 2—4 HNC—21TF数控装置接口图
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）变频调速主轴单元
图 2—5 变频器与数控装置的连接
（3）交流伺服单元
图 2—6 采用脉冲接口与伺服驱动器连接图（4）输入/输出装置
图 2—7 输入端子板接口图
图 2—8 继电器板（5）工作台示意图
图 2—9 工作台俯视图
四、实训和步骤
1、进一步认识数控系统综合实验台的各组成部分。
2、根据实验台情况，熟悉实验台各个组成部件、原理及作用。
3、初步了解实验台各组成部分之间的连接，分清信号来源和去向。
4、进入系统，演示程序操作。
五、思考题
1、简述数控机床电气工作原理
2．电气元件选型基本方法
3．数控机床操作规程
4．电气维护安全注意事项
实训报告。