一、课程性质、目的和任务
《机电一体化系统综合实训》是数控技术专业（专科）的重要的综合实践课之一。本课程4学分，课内学时为72。
本实训环节是在课程试验的基础上，以机电一体化系统的硬件连接、控制原理、控制软件编制、安装调试与操作的综合实训。
通过本环节的实训，能够使学生对机电一体化系统的基本组成，控制方式、控制对象的基本特征及工作机理，有更进一步全面地了解，并能够综合运用所学的基本知识与技能，完成对典型机电一体化系统的组装、连接、调试，实现其基本控制功能。从而培养学生独立分析问题和解决问题的能力及工程实践的能力。 二、基本要求
通过本课程的教学，要达到以下基本要求。 1、了解控制对象的基本工作原理，及运动与动作特征； 2、能够根据控制要求，正确地选择控制系统，并掌握其主要技术性能指标；
3、掌握系统的硬件连接、安装、调试的基本方法，并能进行正确的操作与维护；
4、掌握典型控制程序的编制方法，实现基本控制功能。
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一 实训目的
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、环境、用具、材料 数HED—21S控系统综合实验台 万用表 工具
三 实训内容（步骤、方法及数据）
综合技术应用
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
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图1 电源部分接线图
2．继电器与输入/输出开关量
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图2 继电器部分接线图
图3 继电板部分接口
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图4 输入开关量接线图
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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
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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
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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
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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
1.数控系统的连接
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（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。
由强到弱，按线路走向顺序检查以下各项。 ①变压器规格和进出线的方向和顺序。 ②主轴电动机、伺服电动机强电电缆的相序。 ③DC24V电源极性的连接。
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④步进电动机驱动器(或称步进驱动器)直流电源极性的连接。 ⑤所有地线的连接。 (2)系统调试。 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检查变压器TC1电压是否正常。
④合上控制电源Dc24V的空气开关QF4，检查DC24V是否正常。HNC一21TF数控装置
通电，检查面板上的指示灯是否点亮， HC5301—8开关量接线端子和HC5301一R继电器板的电源指示灯是否点亮。
⑤用万用表测量步进驱动器直流电源+V和GND两脚之间电压(应为DC+35V左
右 )，合上控制步进驱动器直流电源的空气开关QF3。 ⑥合上空气开关QF2。
⑦检查变压器 TC1的电压是否正常。
⑧检查设备用到的其他部分电源的电压是否正常。
⑨通过查看 PLC状态，检查输入开关量是否和原理图一致。 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；系统默认进人“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
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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。
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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)关机。
①按下控制面板上的“急停”按钮。 ②断开空气开关QF2、QF3。 ⑧断开空气开关QF4。
④断开空气开关QF1，断开380V电源。
电动机转动一圈对应的输出脉冲当103．故 量数 件号 制坐 XSl0输入的开关量部件号 0 60000 1000～.
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2500 伺服内部参数 [O] 伺服内部参数 [1] 伺服内部参数 [2] 设置为 0 反馈电子齿轮分子 反馈电子齿轮分母
表12 Y 坐标轴参数的设置
O I 1 参数名 伺服驱动型号 为 45 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] 设置为 0 参数说明 脉冲接口伺服驱动型号代码参数范围 45 该轴对应的硬件部件号 2 O 0 O .
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③ Z 坐标轴参数的设置。 Z 坐标轴参数的设置如表13 所示。
表13 Z 坐标轴参数的设置
参数名 通道使能 X轴轴号 y轴轴号 z轴轴号 移动轴拐角误差 旋转轴拐角误差 通道内部参数 ④通道参数的设置。
标准设置选“ 0 通道”，其余通道不用，参数设置如表14 所示。
表14 通道参数的设置
参数名 通道使能 值 1 说 明 “0通道”使能 值 1 O 2 1 20 20 0 说 明 “0通道”使能 X轴部件号 光栅尺部件号 z轴部件号 禁止更改 禁止更改 禁止更改 .
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X轴轴号 y轴轴号 z轴轴号 移动轴拐角误 旋转轴拐角误 通道内部参数 (4) 数控系统参数的调整。 1) 与主轴相关的参数的调整。
O 2 1 20 20 0 X轴部件号 光栅尺部件号 z轴部件号 禁止更改 禁止更改 禁止更改 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。
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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，参阅参考文献中硬件配置参数设置说明； 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-2lTF 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 0.1 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 10Mmm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。
例如 ( 在完成上述步骤①～④后 ) ：已知数控装置给出 64 mm 的指令，要求电动机运行一周，应如何调整 ?
原伺服内部参数 [1] ：原伺服内部参数 [2]= l ： 2。 原伺服单元内部的指令倍频数参数等于 2 。
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调整后新的相关参数为：伺服内部参数 [1] ／伺服内部参数 [2] 的值减小为原来的 10/64 ，即 1/2 × 10/64=5/64。
伺服单元内部的指令倍频数参数增加为原来的 64/10 倍，即 2/1 × 64/10=64/5。
通过以上步骤①～⑤参数调整，使得坐标轴的指令值与反馈值相同，并且 HNC — 21TF 数控装置每发出坐标轴运动 l0 mm 的指令，伺服电动机运转一周。
此后，连接工作台时为适应丝杠螺距、传动比的变化，还需要调整轴参数中的外部脉冲当量分子 (μm) 和外部脉冲当量分母这两个参数。
四 实训总结
机电一体化技术从学科角度来看，它是集机械技术、微电子技术、计算机技术、电气技术、信息技术的有机统一体，而不是机械技术、电气技术的简单组合体；从机电一体化技术的成果或最终体现来看，它则是在计算机控制下由机械本体、电、气、液压以及光电器件组成的产品或设备，是一个自动化的工作系统。
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