数控技术A实验指导书.doc
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1、数控技术(A)实验指导书机械与车辆学院机电教研室2023.2实验一 逐点比较法插补原理及实现实验一、实验目的运用逐点比较法的插补原理,编写直角坐标系下的直线、圆弧插补程序,观测其运动轨迹,设计直线和圆弧插补图样,在机电一体化综合测试平台上通过插补过程通过笔架打印出来。二、实验设备机电一体化综合测试平台(共6台,交流伺服、直流伺服、步进电机各2台)三、实验原理逐点比较法:就是每走一步控制系统都要将加工点与给定的图形轨迹相比较,以决定下一步进给的方向,使之逼近加工轨迹。逐点比较法以折线来逼近直线或圆弧,其最大的偏差不超过一个最小设定单位。插补过程:每走一步要进行以下四个环节:(1) 位置判别 根据
2、偏差值拟定当前加工点的位置。 (2) 坐标进给 根据判别的结果,拟定沿哪个坐标进给一步以接近曲线。 (3) 偏差计算 根据递推公式算出新加工点的偏差值,作为下一步偏差判别的依据。(4) 终点判别 判别加工点是否到达终点,未到过终点则返回第一步继续插补,到终点则停止。四、实验规定 (1) 实验前复习逐点比较法插补算法原理; (2) 实验时一方面设计插补图样,运营已编辑好的插补程序,理解程序中各参数的含义,再按照预编程序的编程格式,根据插补各点坐标,编辑并修改插补程序运营程序,观测笔架的运动是否与设计一致。 (3) 实验后提交实验报告。五、实验特点在数控机床的实际加工中,运用逐点比较法加工一条直线
3、或圆弧,由于脉冲当量比较小(一般为0.01mm),刀具的运动轨迹用肉眼观测还是直线或圆弧,不能观测到刀具的实际,本实验中,机电一体化综合测试平台上的笔架相称于刀具,笔架每步的移动距离(相称于脉冲当量)可以变化,修改程序中的步长参数就可以实现。通过加大步长参数,笔架的实际运动轨迹就会直观地显示出来,实验者能很容易理解逐点比较法的插补原理和刀具的实际运动轨迹。 六、实验环节(1) 接线,关掉电源,根据电气连接图搭建交流伺服运动控制系统;(2) 调整笔架位置,按“回零”键将X、Y轴回至原点; (3) 根据设计图样,设计插补程序和坐标;(4) 编辑和修改程序; (5) 观测笔架的运动轨迹,打印图样。
4、七、实验报告规定: 实验报告每人一份,内容涉及: (1) 实验所用设备名称; (2) 简要叙述逐点比较法直线、圆弧插补原理; (3) 笔架绘制出的设计图样,涉及直线和圆弧1张图;(4) 分析实验结果,说明逐点比较法的优缺陷。八、实验参考文献1 廖效果,刘又午. 数控技术. 湖北科学技术出版社,武汉:2023.2 机电一体化综合测试平台使用说明书,固高科技(深圳)有限公司.实验一逐点比较法插补原理及实现实验实验报告班级 姓名 学号 成绩 课程名称 暃二地二辳地一 实验项目性质技能演示综合设计其他实验名称实验目的:实验所用设备名称:简要叙述逐点比较法直线、圆弧插补原理:实验重要环节:分析实验结果,
5、说明逐点比较法的优缺陷。注意:打印图样附在实验报告后。实验二 步进控制系统实验一、实验目的(1)了解步进控制系统的组成和控制原理;(2)理解步进电机的转速控制方式和调速方法;(3)熟悉步进控制系统的操作和使用方法;(4)熟悉步进驱动器参数的设立,控制系统的参数设立等;(5)通过本实验提高学生对自动化控制的熟悉和了解,锻炼学生的动手和实践能力。二、实验设备 机电一体化综合测试平台(含步进电机控制模块)共2台三、实验原理步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接受到一个脉冲信号,它就驱动步 进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而
6、达 到准拟定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达成调速的目的。步进电机控制系统结构如下,通过单片机或是计算机等发送控制命令给电机驱动器,电机驱动器将控 制命令转化为驱动信号给执行电机。步进电机结构如下,单极性 (unipolar) 和双极性 (bipolar) 是步进电机最常采用的两种驱动架构。单 极性驱动电路使用四颗晶体管来驱动步进电机的两组相位,电机包含两组带有中间抽头的线圈,整个电机 共有六条线与外界连接。这类电机有时又称为四相电机或应是双相位六线式步进电机。六线式步进电机虽 又称为单极性步进电机,事实上却能同时使用单极性或双极性驱动电路。图2-1 步进
7、电机工作原理单极半步运营的原理如图2-2,通过驱动器控制电机线路,在相应的位置产生如下的磁场,驱动电机一步 一步的运动。 步进电机一般用于开环伺服系统,由于没有位置反馈环节,固位置控制的精度由步进电机和进给丝杠 等等来决定。虽档次低,但是结构简朴价格较低。在规定不高的场合仍有广泛应用。在数控机床领域中大功率的步进电机一般用在进给运动(工作台)控制上,但是就控制性能来说其特性不如交流伺服电机。振动、噪音也比较大。特别是在过载情况下,步进电机会产生失步,严重影响加工精度,但其便宜的价格, 方便使用的特点,在工业中的达广泛的应用。图2-2 单极半步运营的原理四、步进控制面板结构步进控制面板具体结构图
8、(驱动器部分),如图 2-3 所示,重要涉及电机连接线、编码器反馈信号、与 运动控制器相连信号以及驱动器本体组成;步进驱动器控制信号电机 连接线信 号 测 试点图2-3 步进控制面板(1)电机连接线+A、-A、+B、-B、AC、BC 信号为步进电机的电源线;(2)连接运动控制器信号+5V -为驱动器提供+5V 电源;PUL+、PUL- -为脉冲信号,用于控制电机的进给量;DIR+ 、DIR- -为方向信号,用于控制电机的方向;五、实验环节1、接线实验根据电气连接图搭建步进运动控制系统,具体接线环节如下所示:1)电机电源接线将步进控制面板上左上角的电机动力线接口“+A、-A、+B、-B、AC、B
9、C”分别和机械本体信号接口面 板上的“+A、-A、+B、-B、AC、BC”相连(Note1);步进控制面板机械本体信号接口面板Note1:当步进轴位于 X 轴时,与机械本体信号接口面板的 X 轴电机信号部分的信号相连接; 当步进轴位于 Y 轴时,与机械本体信号接口面板的 Y 轴电机信号部分的信号相连接; 当步进轴位于 Z 轴时,与机械本体信号接口面板的 Z 轴电机信号部分的信号相连接;2)驱动器和运动控制器之间的连接线将步进控制面板上右边 PUL+、PUL-、DIR+、DIR-、+5V 信号和机械本体接口面板的 PUL+、PUL-、DIR+、DIR-、+5V 一一相连接;(Note2);步进控
10、制面板运动控制器信号接口面板Note2:当步进轴位于 X 轴时,与运动控制器接口面板的 X 轴的信号相连接; 当步进轴位于 Y 轴时,与运动控制器接口面板的 Y 轴的信号相连接; 当步进轴位于 Z 轴时,与运动控制器接口面板的 Z 轴的信号相连接;3)机械本体和运动控制器之间的连接线a)、将机械本体信号接口面板上的 HOME、LIM+、LIM-与运动控制器信号接口面板上的 HOME、LIM+、LIM-相连接(Note3);HOME-用来检测机械本体上的零点信号;机械回零时,需要用到该信号;LIM+ -用来检测机械本体上的正限位信号,保护轴在运动过程中,平台不与机械端面发生碰 撞,避免超过行程;
11、LIM- -用来检测机械本体上的负限位信号,保护轴在运动过程中,平台不与机械端面发生碰 撞,避免超过行程;机械本体信号接口面板运动控制器信号接口面板Note3:当步进轴位于 X 轴时,与运动控制器接口面板的 X 轴辅助信号相连接; 当步进轴位于 Y 轴时,与运动控制器接口面板的 Y 轴辅助信号相连接; 当步进轴位于 Z 轴时,与运动控制器接口面板的 Z 轴辅助信号相连接;b)、将机械本体信号接口面板上辅助编码器信号 A5+、A5-、B5+、B5-、+5V、GND 与运动控制器信 号接口面板上辅助编码器信号 A5+、A5-、B5+、B5-、+5V、GND 一一相应相连接(Note4);Note5
12、:当步进轴位于 X 轴时,需要连接该部分的信号,用来进行反向间隙实验;c)、将机械本体信号接口面板上的 OVCC、OGND 与运动控制器信号接口面板上的 OVCC、OGND 相 连接;OGND 为电源地,该信号不接,则会导致 I/O 信号没有电源地,导致 I/O 信号不对;机械本体信号接口运动控制器信号接口面板4)接线确认无误后,给系统上电;5)等待一会儿,系统自动进入机电一体化技术综合测试平台软件界面(如图2-4 所示);图 2-4 机电一体化技术综合测试平台程序主界面2、驱动器参数设立按照步进驱动器设立环节进行相应的参数设立,出厂默认设立;3、步进控制系统实训实验该部分重要用来检测电气接线
13、是否连接对的,让学生加深对步进控制系统统电气图的连接;熟悉各 个部分的电气连接;具体环节:1)、在机电一体化技术综合测试平台软件主界面(图 4-3),点击“实训与故障诊断实验”按钮,进入“实 训与故障诊断实验”界面(图 2-5);图2-5 实训与故障诊断实验主界面2)、点击相应的轴通道接线按钮(Note4);进入相应的轴接线显示界面(图2-6),在该界面可以看 到连线的接通状态;接线连接通,相应按钮会亮绿色;反之,则表白连线未接通,请检查连接是否接错; 对照步进控制系统的电气图纸,核对与驱动器连接部分的信号,在图 4-5 中是否都接通;假如没有,请 查找接线错误,直到接线错误排除为止;图 2-
14、6 交流伺服控制面板Note4:当步进轴位于 X 轴时,点击“X 轴连线”按钮;进入 X 轴接线; 当步进轴位于 Y 轴时,点击“Y 轴连线”按钮;进入 Y 轴接线; 当步进轴位于 Z 轴时,点击“Z 轴连线”按钮;进入 Z 轴接线;3)、点击“返回”按钮,在图 2-5 界面,点击“机械本体”按钮,查看机械本体与运动控制器的信号连 接;如图 2-7 所示:图2-7机械本体信号接口面板4)、点击“返回”按钮,回到图 4-4 界面,在“Teachers Fault List ”下面的列表没有错误提醒(有错误 提醒时,会看到相应的组号有红色显示);可以进行该轴的其它实验(Note5);Note5:该
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