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2024年4月30日发(作者：python怎么读取一个文件夹下所有文件)
基于华中HNC-21系统的数控综合实验平台开发
摘 要：阐述了基于华中hnc-21系统的数控综合实验台的设计思
想，对电源配置、cnc装置、伺服驱动系统、机构演示工作台、电
动刀架、i/o端子板等部分进行了详细设计，并在此基础上设计了
基于该实验台的实验项目。
关键词：hnc-21系统 数控维修 实验装置
1 引言
数控机床在汽车工业、航空航天工业、模具等行业已广泛应用。
当机床出现问题后，需要尽快排除故障，这就需要大量掌握数控机
床故障诊断与维修的人才。然而数控机床故障诊断与维修具有工种
的复合性，人员素质的综合性，技术含量的高科技性等特点。企业
用于生产的数控机床不可能作为维修培训、实验装置。同时，用于
生产的数控机床缺乏实验、培训设备的开放性、灵活性，因此开发
数控维修培训及实验设备对于培养数控维修人才具有重要意义。
2 数控综合实验平台设计
实验平台的设计思路是建立在普通数控车床的基础之上，控制系
统选用华中hnc-21t数控系统，配以变频器和三相异步电机构成主
轴驱动系统，交流伺服和交流伺服电机构成进给伺服驱动系统，步
进电机驱动器和步进电机构成进给步进驱动系统。如图1所示，该
实验平台包括电源、cnc装置、机构演示工作台、各实验模块等主
要部分。可以实现数控车床的功能，可用于数控编程、操作、加工
实习，更重要的是，它采用了模块化设计，具有良好的开放性，可
以用于数控机床调试、维修实验、实训及考核等。
2.1 电源配置
如图2所示是本实验平台的电源配置，图中各元器件安装在试验
台的电气控制柜内部，控制柜外部留有接线端子，便于外部使用接
线，适合进行数控机床电气安装调试的实验和实训。
2.2 cnc装置
本实验平台的控制系统采用华中世纪星hnc-21系列数控系统，
具体型号为 hnc-21tf-08-f08，该系统采用先进的开放式体系结
构。内置嵌入式工业pc，配置彩色液晶显示屏和通用工程面板，集
成全功能进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式plc接口
于一体。采用电子盘程序存储方式并配有软驱、dnc、以太网等程
序交换功能，具有低价格、高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使
用、可靠性高等特点。
2.3伺服驱动系统
伺服驱动系统分主轴伺服驱动和进给伺服驱动，分别用来控制主
轴运动和进给运动。由于数控车床为二轴（x、z轴）联动数控机床，
为满足数控维修实训的需要，本实验平台采用步进驱动系统和交流
伺服驱动系统分别控制x轴和z轴的运动，采用变频主轴单元控制
主轴的运动。
(1)步进驱动单元
步进驱动器采用深圳雷塞m535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。配套的步进电机选
用雷塞57hs13步进电机与之搭配构成x轴方向的进给控制系统。
(2)交流伺服驱动单元
交流伺服采用sanyo q系列的qs1a01aa0m601p00，提供位置控制、
速度控制、转矩控制三种控制方式。qs1a01aa0m601p00为三相220v
输入，输入电流为2.5a，输出电流为2.2a。伺服电机采用sanyo
p50b05020dxs00伺服电机构成z方向的进给控制系统。
(3)变频主轴单元
变频主轴采用日立sj100-007hfe变频器。该变频器采用正弦波
脉宽调制控制，额定容量1.9kva，额定输入电压三相交流380v，
额定输出电流2.5a，输出频率范围1~360hz，适应电机容量0.75kw。
主轴电机采用y系列三相异步电机y801-4b5，0.55kw。
2.4 机构演示工作台
机构演示工作台集成了雷塞57hs13四相混合式步进电机，sanyo
p50b05020dxs00交流伺服电机，光栅尺，笔架。机械部分采用滚珠
丝杠传动的模块化十字工作台，用于实现目标轨迹和动作。x轴执
行装置采用四相混合式步进电机，步进电机没有传感器，不需要反
馈，用于实现开环控制。z轴执行装置采用交流伺服电机，交流伺
服和交流伺服电机组成一个速度闭环控制系统。安装在交流伺服电
机轴上的增量式码盘充当位置传感器，用于间接测量机械部分的移
动距离，可构成一个位置半闭环控制系统，也可以用安装在十字工
作台上的光栅尺直接测量机械部分移动距离，构成一个位置全闭环
控制系统。
2.5 电动刀架
实验平台的电动刀架采用常州亚兴ldb4-0625四工位电动刀架，
其电气控制分强电和弱电两部分，强电部分由三相电源驱动三相交
流异步电动机正、反向旋转，从而实现电动刀架的松开、转位、锁
紧等动作，本实验台刀架电机的功率为90w，转速为1300r/min。
弱电部分主要由位置传感器—发讯盘构成，发讯盘采用霍尔传感器
发讯。
2.6 i/o端子板
在数控机床的常见故障中，机床侧的故障率较高，为了便于检测
机床侧的故障，在本实验平台上设计了i/o端子板， i/o端子板分
为输入端子板和输出端子板两种，通常作为hnc-21数控装置xs10、
xs11、s20、xs21接口的转接单元使用。其中输入端子板含20位开
关量输入端子，输出端子板含16位开关量输出端子及急停与超程
端子。端子板方便了接线及测量信号状态，便于查找机床故障原因。
3实验项目设计
数控综合实验台建立了基于华中hnc-21数控系统的平台，可用
于数控原理和数控维修实验教学使用，它可以开设如下实验项目：
(1)数控机床结构认识实验；
(2)数控编程、数控机床操作、数控加工演示实验；
(3)数控系统硬件连接与调试实验；
(4)数控系统参数设置与调整实验；
(5)步进电机调试及故障设置实验；
(6)交流伺服系统调整及使用实验；
(7)变频调速系统调整及使用实验；
(8)标准（plc）的修改与调试实验；
(9)plc编程与调试实验；
(10)数控机床位置精度测试与补偿实验；
(11)全闭环实现实验。
4 结论
基于华中hnc-21系统的数控综合实验台具有模块化、开放性结
构，功能多、实践性强，扩展性好，安全性高等特点，该实验平台
极大地丰富了数控实验教学条件，为学生学习数控结构及原理、数
控机床操作、数控机床故障诊断与维修等课程提供了较好的实验设
备，对提高学生学习的积极性，以及实践动手能力有重要的意义，
同时也为教师和技术人员进一步研究华中数控系统提供了良好的
科研平台。
参考文献：
[1] 刘树青,周明虎.基于fanuc 0i mate-c系统的数控综合实验
平台开发[j].实验科学与技术,2009,7(5):14-16.
[2] 孙海亮.数控电气控制基础及实训[m].武汉:华中科技大学
国家数控系统工程技术研究中心,2007.
[3] 罗晓明,章力,张超凡.数控机床故障诊断及维护[m].南京:
南京大学出版社,2011.
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