刘中华

摘要：数控机床外围机床电路学习是数控机床维修专业的关键课程和中心环节，是机床维修课程重难点最集中之处，为方便学生学习电气电路设计和参数设置。经过本团队研究，以华中HNC-21MD经济型数控系统为例，研制数控铣床装调维修实训设备。

关键词：数控机械装调;机床维修;实训设备

0  引言

根据市场发展，工业4.0技术要求，数控机床的发展非常迅速。以发那科机床、德国西门子机床为代表领跑中高端数控市场。华中数控系统是国内为数不多具有自主版权的高性能数控系统之一，它以通用的工业PC机（IPC）和DOS、WINDOWS操作系统为基础，采用开放式的体系结构，使华中数控系统的可靠性和质量得到了保证[1]。本团队以华中数控铣床为例，研制数控铣床装调维修实训设备。详细介绍机床外围电路设计、驱动器参数配置、数控系统参数配置。

数控机床的电路设计要求非常严格，要综合考虑各方面的因素。若有不当，机床可能无法运行。在设计电路时首先要考虑机床组装要使用的部件，包括主軸电机和驱动器、X、Y、Z轴电机和驱动器、切削液、冷却电机、气动回路、电缆线、接触器、空气开关的相关选择以及气管的布线工艺规范。在完成以上必要的考虑和准备后方可进行电路设计。

1  机床控制电路分析

1.1 主电路图

下面以主电路为例介绍主控制回路的电路设计方法，机床典型电路主回路电路图（见图1），由图1可知：电路最左边为三相五线制的电源入口。电源相电压为380V交流电，频率为50HZ，电源首先经过总空气开关QF0。QF0控制整个机床的电路通断。QF0下面有五个支路，分别是冷却油泵、伺服变压器、主轴驱动器、开关电源、冷却油泵。冷却油泵由空气开关QF4进行控制，并通过接触器KM4的主触点通断来控制冷却油泵的供油。伺服变压器将主控制回路的交流三相380V转换为三相交流220V，伺服电机的控制电源为两相220V，动力电源为三相交流220V。动力电源通过接触器KM1控制电路的通断。主轴驱动器由空气开关QF2控制，并通过接触器KM2控制主回路通断。QF4控制开关电源的通断，为系统提供24V电源。润滑油泵由空气开关QF5进行控制[2]。

1.2 控制电源典型电路

机床控制电路继电器电路设计图（见图2）。Y0.0为运行允许允许信号，KA2为外部运行允许，KA3为伺服OK信号。当Y0.0输出低电平信号时，KA3和KA2的线圈得电，KA1线圈就会得电吸合，控制接触器线圈得电。接触器主回路主触点得电，就会使机床的伺服系统运行。控制X轴、Y轴、Z轴电机运动。Y1.0为主轴正转信号。Y1.1为主轴反转信号。Y0.4为Z轴抱闸信号。Y0.7为主轴润滑[3]。

2  系统参数设定

2.1 主轴参数

数控机床主轴驱动系统包括主轴驱动放大器、主轴电动机、传动机构、主轴组件、主轴信号检测装置及主轴辅助装置[4]。本章只对数控系统主轴配置参数进行讲解（见表1）。

2.2 F3伺服参数

根据伺服参数的参数表设置。第一个参数为伺服是否带反馈：机床进给轴选用电机为伺服电机，所以该项配参数为“45”带反馈。最大跟踪误差设为“12000um”，该参数如果设置太大会引起机床加工出来的零件精度不高。如果设置该值太小会引起机床在运动时显示“定位误差过大”报警。该值的设定对机床运动而言非常重要。步进电机拍数不需要设置。反馈电子齿轮分子为“1”，子齿轮分母为“-1”。零脉冲输入使能默认为“0”。

2.3 F4轴补偿参数

该参数是在数控机床能进行运动以后或者机床丝杠磨损较严重时，需要借助百分表或者是千分表来测量。将测量值输入到指定栏，进行精度补偿，提高机床的加工精度，可以通过激光干涉仪器打螺距误差补偿。

2.4 F5 PMC用户参数

HNC21MD系统中PMC用户参数有P[18]、P[19]、P[20]、P[21]、P[22]、P[23]、P[24]、P[25]、P[26]。下面分别对系统参数进行介绍。P[18]主轴最高转速，所选用的电机为交流伺服电机。该电机铭牌上显示最高转速为8000R/MIN。所以此项设置为8000。P[19]主轴控制方式默认为0。P[20]主轴冲动时间默认为0。P[21]主轴电机冲动速度默认为0。P[22]主轴制动按钮是否有效默认为0。P[23]主轴制动后滞后于主轴停止时间默认为0。P[24]主轴制动时间。当按下停止按钮后，设置为0主轴会立即停下。P[25]主轴档位（0;一档;1;双速电机;2手动换挡）该处选择0。P[26]主轴档位回答信号所在组默认为0。

3  实验验证

3.1 机床精度验证

本研究将通过手动编程和自动编程对零件进行试切来验证机床的加工精度。

3.2 手动编程

在完成了机床的参数设置以后，最后是对机床精度进行测试。将长、宽、高分别为50×50×50mm的长方体料装夹到机床台虎钳上。然后把直径为φ8mm的铣刀装夹到机床主轴上。执行机床回零。用试切法进行对刀。对好刀后输入以下程序：

G90G54X35Y35M3S1000;

G43H1Z100;

G01G41X21Y35Z-5;

G01Y-21;

G01X-21;

G01Y21;

G01X35;

G01G40Y35;

G00Z100;

M05;

M30;

通过执行以上程序，将会在50×50×100的长方体工件上铣出长宽高为42×42×5mm的凸台，将铣好的工件用游标卡尺进行测量。误差在±0.02。

3.3 自动编程

数控自动编程是利用计算机和相应的编程软件编制数控加工程序的过程。随着现代加工业的发展，实际生产过程中，比较复杂的二维零件、具有曲线轮廓和三维复杂零件越来越多，手工编程已满足不了实际生产的要求。如何在较短的时间内编制出高效、快速、合格的加工程序，在这种需求推动下，数控自动编程得到了很大的发展。实践证明该机床可以用mastercam软件编写程序，通过三坐标测量满足精度要求。

4  结论

本团队从以下4个方面入手：

①控制系统，机床的控制器选用武汉华中数控股份有限公司的世纪星系列HNC21-MD经济型数控系统，最大联动轴数位为三轴。

②机械系统，光机选用云南台正集团TOM850-C机型。床身为树脂砂铸件，X、Y、Z轴的工作行程分别为800mm、500mm、700mm。主轴中心到立式导轨的距离为575mm。主轴端面至工作台的距离为110-810mm。主轴锥孔为BT40。

③装调，在进行机床调试时对机床的部分参数进行了设置。机床的X轴、Y轴、Z轴驱动器分别进行了详细的参数配置，使其达到稳定的工作效果。

④实验，在调试好机床参数后，以G02代码和G03代码及M19指令对主轴正反转及主轴定位进行测试。以G01指令编写程序分别对X、Y、Z軸定位精度进行测试。最后用Mastercam进行自动编程，并将编写的程序上传到数控系统。

经过对主电路的分析继而从主轴参数、F3伺服参数、F4轴补偿参数和F5PMC用户参数进行设置调配，最后对机床精度分手动编程和自动编程两部分进行验证。

对机床的数控系统机床外围电路进行设计和安装，使其最大联动轴数位为三轴。在进行机床调试时对机床的部分参数进行了设置。机床的X轴、Y轴、Z轴驱动器分别进行了详细的参数配置，使其达到稳定的工作效果。证实本研究从控制系统和装调两个方面入手的必要性。

可以满足各职业院校，使用项目教学手段，开展数控机床维修专业课程，便于开展教学，方便学生学习电气电路设计和参数调配。同时还可以大量节省培训教育成本，助力学校的数控机床维修专业发展。

参考文献：

[1]主编蒋丽.数控原理与系统[M].国防工业出版社，2011.

[2]华中数控-HNC-21M操作说明书.武汉华中股份科技有限公司.

[3]华中数控HNC-210连接说明书.武汉华中股份科技有限公司.