数据系统的应用教学课件 机电一体化技术应用.ppt

机电一体化技术应用数控系统中电子齿轮比参数的设置数控系统控制变频主轴项目五项目五 数据系统的应用数据系统的应用数控系统的组成数控系统的组成项目五项目五 数据系统的应用数据系统的应用知知识目目标 通过熟悉数控系统的一般连接方法，掌握数控系统驱动的一般规律和原理。任务一任务一 数控系统控制数控系统控制技能目技能目标 通过实践操作和接线训练，掌握硬件和软件连接的关键参数设置方法。知知识链识链接接任务一任务一 数控系统控制数控系统控制任务一任务一 数控系统控制数控系统控制 进给轴的类型一般可分为直线轴和旋转轴，但是在数控系统内部是没有这种区分的，实现这种轴类型转换的关键在于电子齿轮，即通过设置不同的电子齿轮比，可以实现数控系统每发射一个脉冲，相对应的轴转动多少角度或者通过转动角度实现线位移。如果进给轴配置的是伺服电动机，则电子齿轮比可设置为任务一任务一 数控系统控制数控系统控制 如果正向限位参数设置为360 000，且负向软限位参数设置为0，则对应轴被指定为旋转轴。数控系统每发射一个脉冲，对应在各进给轴上的位移为脉冲当量，也是编程中的最小单位，大多数情况下，旋转轴的脉冲当量为0.001，直线轴为0.001 mm。任务一任务一 数控系统控制数控系统控制数控机床的数控机床的PLCPLC1.数控系统主要通过系统内部的板卡控制伺服电动机，而实现与外部信号的连接和控制则主要通过PLC，如图所示为PLC在数控系统中所起的作用，PLC一方面面对数控控制系统，即NC，另一方面面对外部端口，即MC，传入和输出各种信号，如润滑、主轴定位、刀库换刀等。PLCPLC的连接作用的连接作用任务一任务一 数控系统控制数控系统控制任务一任务一 数控系统控制数控系统控制 对于Y信号一般为达林顿管的开关信号，通过一个中间继电器向外输出信号，如主轴的正转、反转和停止信号等。需要说明的是，对于Y信号，可以在电流不大的情况下直接驱动指示灯灯泡等电路。Y Y输出信号的连接方法输出信号的连接方法任务一任务一 数控系统控制数控系统控制数控系统的使用数控系统的使用2.数控系统与外部电气设备的连接图数控系统与外部电气设备的连接图任务一任务一 数控系统控制数控系统控制数控机床控制柜数控机床控制柜任务一任务一 数控系统控制数控系统控制数控机床的一般操作数控机床的一般操作3.通过加工图纸的要求将要求的动作编写成G代码程序，通过MDI录入模式输入数控系统中，然后执行程序实现动作。事实上，这种程序也可以作为调试机床是否正常工作的依据。数控机床的操作数控机床的操作任务一任务一 数控系统控制数控系统控制 当数控系统起动时，一般会首先找机床的零位，这时需要数控系统处于回零状态。回零过后即可正常使用，在通常情况下有两类功能：一类是通过手摇轮模式或者手动模式进行手动调节；另一类是通过录入模式(MDI模式）或者自动模式使用程序进行定位和加工。任务一任务一 数控系统控制数控系统控制数控加工中心机床数控加工中心机床面板和附件面板面板和附件面板任务一任务一 数控系统控制数控系统控制任务一任务一 数控系统控制数控系统控制 在手动模式下，按下“位置”按钮，显示目前各个轴的位置以及电动机所处的状态，可以通过如图所示的按钮组移动各个轴至指定的位置。如果移动速度慢，可先按下快速按钮，然后按下各个轴并保持不动，这时对应的轴就保持驱动状态，伺服电动机驱动工作台保持运动状态，直到松开按钮。位置按钮位置按钮任务一任务一 数控系统控制数控系统控制 同样，在手动模式下，通过如图所示的按钮可以手工驱动主轴，通过按下“主轴倍率”按钮逐步增加或者减少主轴的转速。主轴手动按钮主轴手动按钮任务一任务一 数控系统控制数控系统控制 在进入回零模式后，按图5-9所示的+轴，各轴会自动回零，到达零位后，图5-11所示的各个轴的指示灯会变成绿色。回零显示回零显示任务一任务一 数控系统控制数控系统控制 在进入手摇轮模式后，在图5-12中按下相应的按钮选择轴，然后通过面板上的手摇轮驱动各个轴的伺服电动机，并可通过如图5-13所示的倍率选择旋钮调整移动的速度。这种模式选择可以作为简单零件的手工加工方式。选择移动轴选择移动轴倍率选择旋钮倍率选择旋钮任务一任务一 数控系统控制数控系统控制起动执行按钮起动执行按钮任务一任务一 数控系统控制数控系统控制数控机床的参数设置数控机床的参数设置4.数控系统的参数包括两种，一种是机床本身的参数，如电子齿轮比等，另一种是与PLC程序设置相关的参数。设置参数的条件如下。(1）选择录入模式。(2）按“设置”键或软菜单键“设置”，显示设置参数。(3）按翻页键或子菜单的“设置1”，显示出设置参数页。(4）按光标键，使它移动至要变更的项目上。(5）将参数开关和PLC调试状态输入1时，可以改变参数或者PLC参数的值，为0时表示正常运行状态。任务一任务一 数控系统控制数控系统控制参数显示参数显示任务一任务一 数控系统控制数控系统控制 除了机床本身的参数设置外，数控系统和机床之间的DI/DO信号的状态、数控系统和PLC之间传送的信号状态、PLC内部数据及数控系统内部状态均可以通过诊断显示出来。同时，也可通过相应的设置直接向机床输出，也可以对辅助机能的各参数进行设定。每个诊断号对应的意义及设定方法一般可参见相应的使用说明书。任务一任务一 数控系统控制数控系统控制 (1）按软体键“诊断”(2）按翻页按钮，选择需要的页。在如图所示的诊断显示画面下方，有3个诊断详细内容显示行，显示当前光标所在诊断号的详细内容。诊断显示诊断显示任务一任务一 数控系统控制数控系统控制 实训目标 一、熟悉数控系统的基本操作和一些重要参数的设置方法，以点带面掌握一般数控系统的基本调试程序。实训一实训一 数控系统中电子齿轮比参数的设置数控系统中电子齿轮比参数的设置 设定电子齿轮比的意义在于，可以使得数控机床上的显示数字和经过伺服电动机与传动系统到达丝杆后的滑台移动位置之间有11的关系。当不同螺距的丝杠与各种步距角的电机或不同一转脉冲数的伺服电动机相配时，或通过各种变速齿轮连接时，通过系统的电子齿轮比参数设定，可使编程与实际运动距离保持一致。实训内容 二、实训一实训一 数控系统中电子齿轮比参数的设置数控系统中电子齿轮比参数的设置 在数控系统中的最小单位是m，即数控系统中的最小显示单位。这时应该综合考虑伺服电动机、丝杆和数控系统的整体传动。例如，伺服电动机旋转一周需要的脉冲数量是10 000(此值可以通过伺服电动机的使用说明得到），丝杆的螺距是10 mm(转动丝杆一周测量滑台的移动距离，对比标准值即可得到），则数控系统每发出一个脉冲，丝杆转动所引起的滑台位移量应该是1 m。这样，就形成了一个传动链条。只需要调整发出的脉冲数量，就可以实现以上功能，调整的方法就是设置电子齿轮比。实训一实训一 数控系统中电子齿轮比参数的设置数控系统中电子齿轮比参数的设置 本例中，丝杆的螺距被分成10 000份，为1 m，正好是数控系统中的最小编程单位，所以电子齿轮比设置成11即可。同样地，如果最小的编程单位是0.01，则电子齿轮比应该设置为101，这样每输出一个脉冲，在伺服电动机处就会按照比例接收到10个脉冲，每个脉冲的移动量是10 m。按照这种方法也可以实现旋转轴的功能。实训一实训一 数控系统中电子齿轮比参数的设置数控系统中电子齿轮比参数的设置 需用器材 三、实训一实训一 数控系统中电子齿轮比参数的设置数控系统中电子齿轮比参数的设置 (1）根据伺服电动机和丝杆导程，以及数控系统的脉冲当量，验算电子齿轮比的具体数值，如试验器材中的丝杆导程为5 mm，伺服电动机编码器的线数为10 000个，则伺服系统每发出一个脉冲，伺服电动机驱动滑台行走应该为1 m。因此，5 mm的行程应该分为5 000份，而编码器线数是这个数值的2倍，所以电子齿轮比的分子应该为2，分母为1，才能满足数控系统的要求。操作步骤 四、实训一实训一 数控系统中电子齿轮比参数的设置数控系统中电子齿轮比参数的设置 (2）设置开关。首先设置参数开关，再按下“机床索引”键，出现如图所示的画面，这时可以按下4键，打开程序开关。参数设置参数设置 实训一实训一 数控系统中电子齿轮比参数的设置数控系统中电子齿轮比参数的设置 同样地，可以按下“设置”按钮，出现如图所示的界面，通过键盘中“”和“”按键打开或者关闭参数开关，也可通过数据输入将PLC调试设置为1。这样既可以在参数中进行设置，也可以在诊断参数中进行设置。参数设置参数设置 实训一实训一 数控系统中电子齿轮比参数的设置数控系统中电子齿轮比参数的设置 实训一实训一 数控系统中电子齿轮比参数的设置数控系统中电子齿轮比参数的设置 注意事项 五、(2）上电后需要首先回零，否则会出现进给轴未回零的错误提示。(1）注意用电安全，上电前需检查三相电端子是否有短接现象，如果有则需要检查线路。(3）丝杆转动时需要注意滑块运行情况，不能强行将百分表伸出杆压弯变形。实训一实训一 数控系统中电子齿轮比参数的设置数控系统中电子齿轮比参数的设置 实训目标 一、熟悉数控系统的基本外部控制手段，利用外部输入和输出端口实现某些特定功能，进一步熟悉数控的PLC控制。实训二实训二 连接和调试数控系统输入和输出端口连接和调试数控系统输入和输出端口 实训内容 二、数控系统的输入和输出端口是数控系统中重要的组成部分，通过这些端口可以实现特定的功能，如润滑、冷却等，某些条件下还可以改变其中的用途。如图5-20所示为系统的总连接线，在各种连接线中，常用的有3类：伺服电动机的连接端口；主轴的连接线，如图中数字主轴或者变频器连接，包括最右端的主轴编码器部分；输入口和输出口，这一部分是PLC控制的输入和输出端口，但与PLC不同的是，输出端口是达林顿管输出。实训二实训二 连接和调试数控系统输入和输出端口连接和调试数控系统输入和输出端口数控系统总连接线数控系统总连接线 实训二实训二 连接和调试数控系统输入和输出端口连接和调试数控系统输入和输出端口输入信号分配输入信号分配 实训二实训二 连接和调试数控系统输入和输出端口连接和调试数控系统输入和输出端口输出信号分配输出信号分配 实训二实训二 连接和调试数控系统输入和输出端口连接和调试数控系统输入和输出端口 数控系统的输出可以使用专用的接线头，也可以采用如图所示的25芯端子，这种连接方式在调试时比较方便，只需要将标准接头的线缆引出到端子台相应的接头，需要时将对应的引出线连接到相应的端子并使用仪表螺丝刀拧紧接口即可。电压接线电压接线 实训二实训二 连接和调试数控系统输入和输出端口连接和调试数控系统输入和输出端口 润滑输出端口在Y0.4位置，这个端口的状态可以通过按“诊断”键进入Y端口查看，如果为1，则为输出状态，否则为输出状态，即输出为通路或者断路。输出一般为达林顿管，可以带动功率较小的电灯，但是一般通过中间继电器进行大电流的控制。实训二实训二 连接和调试数控系统输入和输出端口连接和调试数控系统输入和输出端口 24 V电源的正极连接至中间继电器KA的线圈端口，线圈的另一个端口连接至Y0.4端口。需要说明的是，24 V电源的负极应该连接至为数控系统供电的负极中，这样才能形成一个回路，实现相关功能。在硬件连接完毕后，可以通过G代码中的M32/33润滑开关指令在录入模式下进行调试，检验硬件连接的可靠性。中间继电器的连接方法中间继电器的连接方法 实训二实训二 连接和调试数控系统输入和输出端口连接和调试数控系统输入和输出端口 需用器材 三、实训二实训二 连接和调试数控系统输入和输出端口连接和调试数控系统输入和输出端口 操作步骤 四、(1）将数控系统的XS57输出端口连接至端子台上，找到Y0.4对应的端口，按照图5-24所示方法连接中间继电器的接线。(2）检查线路，上电起动数控系统，回原点至没有报警状态。按下“诊断”按钮并翻页至Y区，观察Y0.4的状态。实训二实训二 连接和调试数控系统输入和输出端口连接和调试数控系统输入和输出端口 (3）按下数控系统附加面板中的“润滑”按钮，按钮上方的绿灯亮，并且Y0.4端口在数控系统显示器上由0变为1，同时，中间继电器的灯亮，使用万用表测量中间继电器的常开触点，会发现已经接通。(4）使用录入模式，输入M32/33，试验数控系统对润滑端口的控制。实训二实训二 连接和调试数控系统输入和输出端口连接和调试数控系统输入和输出端口 注意事项 五、(1）数控系统和中间继电系统需要共用一个24 V直流电源，否则无法共地，从而造成信号无法输出。(2）数控系统的达林顿管输出端口的使用电流较小，注意不能使用额定线圈电流很大的中间继电器。中间继电器中间继电器 实训二实训二 连接和调试数控系统输入和输出端口连接和调试数控系统输入和输出端口知知识目目标 进一步熟悉数控系统与变频器的一般连接方法，掌握使用数控系统驱动变频电机进行速度控制的一般规律和原理。任务二任务二 数控系统控制变频主轴数控系统控制变频主轴技能目技能目标 通过实践操作和接线训练，掌握变频器与数控系统硬件和软件连接的主要参数设置方法。知知识链识链接接 变频器任务二任务二 数控系统控制变频主轴数控系统控制变频主轴 变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能，应用了现代的科学技术，价格昂贵但性能良好，内部结构复杂但使用简单，使用方法如图所示。变频器的使用方法变频器的使用方法任务二任务二 数控系统控制变频主轴数控系统控制变频主轴 变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中不仅有电机(如空调等），还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。汽车上使用的由电池(直流电）产生交流电的设备也以变频器的名称进行出售。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如，计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。任务二任务二 数控系统控制变频主轴数控系统控制变频主轴变频器应用于电动机调整速度，主要依据公式 （式5-1）式中，n为同步速度，r/min；f为电源频率，Hz；p为电机极对数；s为滑差率。根据式（5-1），只要改变电源的频率就可以实现电机转速的调整。任务二任务二 数控系统控制变频主轴数控系统控制变频主轴 在工业中，变频器除了主要控制速度外，还可以控制力矩，这时就需要提高或者降低电压，以改变电机线圈中的电流大小，从而改变电机磁场力，实现大扭矩输出。根据需要将改变电压和改变频率结合在一起，称为矢量变频。近年来变频器技术的发展主要是围绕如何提高变频控制算法展开的，如高阶矢量变频技术，尽管在调整上稍微复杂，但是可以大幅度提高输出速度的准确性和输出力矩。任务二任务二 数控系统控制变频主轴数控系统控制变频主轴 如图5-28（a）所示为台达C2000型变频器的外形。其内部结构如图5-28(a)所示，包括动力线端子和信号线端子。动力线端子380 V三相电输入L1、L2和L3，以及输出端子U、V、W连接至电动机。信号端子位于上面两排，尺寸较小，可以使用仪表螺丝刀进行连接。C2000C2000型变频器型变频器任务二任务二 数控系统控制变频主轴数控系统控制变频主轴变变频频器器的的连连接接图图任务二任务二 数控系统控制变频主轴数控系统控制变频主轴 动力配线依据电动机的功率，而信号线电流一般较小，采用0.121平方线径的铜线即可。信号连接端子如图所示，需要说明的是，若采用面板控制模式，则不用这些信号线。变频器控制信号接线端子变频器控制信号接线端子任务二任务二 数控系统控制变频主轴数控系统控制变频主轴 变频器的参数设置是变频器使用中的重要环节。设置变频器参数一般可通过如图5-31所示的控制面板，也可通过专门的软件和计算机串口进行设置。各个按键的功能如表5-6所示。控制面板控制面板任务二任务二 数控系统控制变频主轴数控系统控制变频主轴控制面板的操作流程控制面板的操作流程任务二任务二 数控系统控制变频主轴数控系统控制变频主轴任务二任务二 数控系统控制变频主轴数控系统控制变频主轴任务二任务二 数控系统控制变频主轴数控系统控制变频主轴 实训目标 一、进一步熟悉数控系统的连接方法和调试手段，掌握数控系统输出信号如何控制和连接变频器，并通过变频器控制普通交流异步电动机的正反转。实训三实训三 数控系统控制变频器电机正反转和调整转速数控系统控制变频器电机正反转和调整转速 K1000型数控系统中有专门的PLC输出端口控制电动机的正反转，即端口Y0.0和Y0.4，变频器使得这种控制变得更简单。Y0.0对应的G代码是M03，即如果数控系统中执行M03代码，PLC输出Y0.0，这时Y0.0输出为1，Y0.0至数字地为导通状态，否则为0，Y0.0至数字地为截止状态。因此，同样地，如果数控系统执行M04代码，PLC输出Y0.1。如果M04执行，则M03自动失效，反之亦然。实训内容 二、实训三实训三 数控系统控制变频器电机正反转和调整转速数控系统控制变频器电机正反转和调整转速正反转接线图正反转接线图 实训三实训三 数控系统控制变频器电机正反转和调整转速数控系统控制变频器电机正反转和调整转速数控系统的模拟量主轴控制数控系统的模拟量主轴控制 实训三实训三 数控系统控制变频器电机正反转和调整转速数控系统控制变频器电机正反转和调整转速变频器端口变频器端口 实训三实训三 数控系统控制变频器电机正反转和调整转速数控系统控制变频器电机正反转和调整转速 参数设置上需要调整数控系统和变频器，数控系统只需要系统参数0001.4(SANG）设置为1即可。实训三实训三 数控系统控制变频器电机正反转和调整转速数控系统控制变频器电机正反转和调整转速 需用器材 三、实训三实训三 数控系统控制变频器电机正反转和调整转速数控系统控制变频器电机正反转和调整转速 (1）将数控系统的XS57输出端口连接至端子台上，找到Y0.0和Y0.1对应的端口，按照图537连接中间继电器的接线。(2）检查线路，上电起动数控系统，回原点至没有报警状态。按下“诊断”按钮并翻页至Y区，观察Y0.0和Y0.1的状态。设置数控系统为手动模式，按下“正转”和“反转”按钮，并观察Y0.0和Y0.1的状态，同时观察两个中间继电器是否动作。操作步骤 四、实训三实训三 数控系统控制变频器电机正反转和调整转速数控系统控制变频器电机正反转和调整转速 (3）连接XS55至变频器，按照图538和图539所示的方法使用双脚屏蔽线进行连接。(4）连接变频器和电动机接口，设置数控系统和变频器的参数。(5）在数控系统上使用手动模式，按下“正转”按钮并单击使主轴速度增加的按钮，观察电动机转动情况，然后按下“反转”按钮进行同样的操作。实训三实训三 数控系统控制变频器电机正反转和调整转速数控系统控制变频器电机正反转和调整转速 注意事项 五、调试时，电动机的转速不能太高，以免出现危险。信号连接线尽可能使用屏蔽线，以免电磁干扰。实训三实训三 数控系统控制变频器电机正反转和调整转速数控系统控制变频器电机正反转和调整转速