实验指导书
目 录
实验一 0imate/0i系统的基本连接
实验二 系统数据的传输
实验三 机床参数的设置实验
实验四 伺服驱动单元的调试及故障诊断
实验五 主轴变频单元的调试及故障
实验六 机床主轴的概念及主轴编码器的安装与故障诊断实验七 PLC编程练习实验
实验八 机床回参考点实验
实验九 丝杆螺距误差补偿实验
实验十 外围机床故障模拟与诊断实验
实验十一 刀架控制原理及调试实验
实验十二 数控机床全闭环实验（配光栅尺）
附：机床操作面板说明
机床工作方式选择: M01功能
回参考点方式停止/启动指示灯灯
JOG点动方式手轮方式轴选择
手轮方式单段
MDA方式循环停止
自动运行方式循环启动
程序编辑方式超程解除
手轮\点动倍率
点动进给倍率
电源钥匙开关
存储器钥匙开关
空运行
机床锁住
实验一 FANUC Oi C/0i mate C 数控系统的基本连接
一、实验目的：
1、了解数控系统的各基本单元
2、了解数控系统的硬件连接
二、实验设备：
1、RS-SY-0i C/0i mate C 数控机床综合实验系统。
三、实验必备知识：
1、FANUC Oi-C 及FANUC 0I Mate-C 系统构成：
FANUC Oi-C 系统可控制4个进给轴和一个伺服主轴（或变频主轴）。它包括基本控制单元、伺服放大器、伺服电机等。
FANUC 0I Mate-C 系统可控制3个进给轴和一个伺服主轴（或变频主轴）。它包括基本控制单元、伺服放大器、伺服电机和外置I/O 模块等。
风扇单元
电池
保险
模拟主轴或高速跳转插座（JA40）
I/O LINK 插座（JD1A ） 串行主轴或位置编码器插座（JA7A ） 电源装置
2、FANUC Oi/0i mate C 整个系统间的部件连接
3、FANUC I/O LINK 连接
1)0i 用I/0单元
1)0i mate用I/0单元
4、系统电源的接通顺序
按如下顺序接通各单元的电源或全部同时接通。
（1）、机床的电源（200VAC）。
（2）、伺服放大器的控制电源（200VAC）。
（3）、I/O设备；显示器的电源；CNC控制单元的电源（24VDC）。
5、系统电源的关断顺序
按如下顺序关断各单元的电源或全部同时关断。
（1）、I/O设备； CNC控制单元的电源（24VDC）。
（2）、伺服放大器的控制电源（200VAC）。
（3）、机床的电源（200VAC）。
四、实验内容：
1、系统电源的连接
2、系统与外围设备的连接
3、系统与主轴变频器的连接
4、系统与伺服放大器的连接
5、实验台上线路的连接
6、系统的通电
五、实验步骤：
1、系统电源的连接
a.在各个伺服模块的L1、L2、L3端子上同时接入交流200V的电压，CXA19A插头上接入DC24V 的电压；
b.在系统基本单元的CP1，I/O模块的CP1插头上接入DC24V的电源。
2、系统与外围设备的连接
a.系统基本单元的JA7A插头通过电缆连接到主轴位置编码器接口；
b.系统基本单元的JD1A插头通过I/O LINK电缆连接到外置I/O模块。
3、系统与主轴变频器的连接
a.系统基本单元的JA40插头连接到变频器的指令输入口；
b.在变频器R、S、T端子上接入220V/380V电压，端子上接入正、反转信号，U、V、W端子上接入电机动力线。
4、系统与伺服放大器的连接
a.系统基本单元的COP10A插头通过光缆连接到伺服单元的COP10B。
b.伺服单元的U、V、W端子上接入伺服电机的动力线。
c.伺服单元的CX30插头上接入急停信号。
d.伺服单元的CX29插头上接入控制驱动主电源的接触器线圈。
e.伺服单元的CX19插头上接入驱动控制电源24VDC
5、实验台上线路的连接
6、系统的通电
通电前的线路检查
·用万用表ACV档测量AC200V是否正常：断开各变压器次级，用万用表ACV档测量各次级电压是否正常，如正常将电路恢复。
·用万用表DCV档测量开关电源输出电压是否正常（DC24V）：断开DC24V输出端，给开关电源供电，用万用表DCV档测量其电压，如正常即可进行下一步。
·断开电源，用万用表电阻档测量各电源输出端对地是否短路。
·按图纸要求将电路恢复。
六、思考题：
1、伺服驱动器有哪些信号与数控系统相连？分别起什么作用？
2、数控系统内置可编程控制器起什么作用？
实验二 FANUC 数控系统数据的传输
一、实验目的：
1、掌握FANUC 0i C/0i mate C系统的数据传输方法。
二、实验设备：
1、RS-SY-0i C/0i mate C数控机床综合实验系统
2、计算机（电脑）及RS232串行通讯电缆
三、实验必备的知识：
1、有关RS232口参数的含义
（1）PRM0000
ISO
ISO 0：用EIA代码输出
1：用ISO代码输出
（2）PRM0020：选择I/O通道
0：通道1
1：通道1
2：通道2
（3）PRM0101
NFD ASI SB2
NFD 0：输出数据时，输出同步孔。
1：输出数据时，不输出同步孔。
ASI 0：输入输出时，用EIA或ISO代码。
1：用ASCII代码。
SB2 0：停止位是1位。
1：停止位是2位。
（4）PRM0102：输入/输出设备的规格号
0：RS232C(使用代码DC1-DC4)
1：FANUC磁泡盒
2：FANUC Floppy cassette adapter F1
3：PROGRAM FILE Mate,FANUC FA card adapter,FANUC Floppy cassette adapter,FANUC Handy file,FANUC SYSTEM P-MODEL H
4：RS232C(不使用代码DC1-DC4)
5：手提式纸带阅读机
6：FANUC PPR，FANUC SYSTEM P-MODEL G，FANUC SYSTEM P-MODEL H
（5）PRM0103：波特率（设定传送速度）
1：50 5：200 9：2400
2：100 6：300 10：4800
3：110 7：600 11：9600
4：150 8：1200 12：19200
2、RS232串行通讯电缆的连接
四、实验内容
1、输入输出用参数的设定
2、输出CNC参数
3、输入CNC参数
4、输出零件程序
5、输入零件程序
五、实验步骤
1、输入输出用参数的设定
（1）按实验二的方法设定如下参数：
PRM0000设定为00000010
PRM0020设定为0
PRM0101设定为00000001
PRM0102设定为0（用RS232传输）
PRM0103设定为10（传送速度为4800波特率），设定为11（传送速度为9600波特率）
2、输出CNC参数
（1）选择EDIT（编辑）方式。
（2）按SYSTEM键，再按PARAM软键，选择参数画面。
（3）按（OPRT）软键，再按连续菜单扩展键。
（4）启动电脑侧传输软件处于等待输入状态。
（5）系统侧按PUNCH软键，再按EXEC软键，开始输出参数。同时画面下部的状态显示上的“OUTPUT”闪烁，直到参数输出停止，按RESET键可停止参数的输出。
3、输入CNC参数
（1）进入急停状态。
（2）按数次SETTING键，可显示设定画面。
（3）确认[参数写入=1]。
（4）按菜单扩展键。
（5）按READ软键，再按EXEC软键后，系统处于等待输入状态。
（6）电脑侧找到相应数据，启动传输软件，执行输出，系统就开始输入参数。同时画面下部的状态显示上的“INPUT”闪烁，直到参数输入停止，按RESET键可停止参数的输入。
（7）输入完参数后，关断一次电源，再打开。
4、输出零件程序
（1）选择EDIT（编辑）方式。
（2）按PROG键，再按[程序]键，显示程序内容。
（3）先按[操作]键，再按扩展键。
（4）用MDI输入要输出的程序号。要全部程序输出时，按键O-9999。
（5）启动电脑侧传输软件处于等待输入状态。
（6）按PUNCH键，EXEC键后，开始输出程序。同时画面下部的状态显示上的“OUTPUT”闪烁，直到程序输出停止，按RESET键可停止程序的输出。
5、输入零件程序
（1）选择EDIT（编辑）方式。
（2）将程序保护开关置于ON位置。
（3）按PROG键，再按软键[程序]，选择程序内容显示画面。
（4）按软键OPRT，连续菜单扩展键。
（5）按软键READ，再按EXEC软键后，系统处于等待输入状态。
（6）电脑侧找到相应程序，启动传输软件，执行输出，系统就开始输入程序。同时画面下部的状态显示上的“INPUT”闪烁，直到程序输入停止，按RESET键可停止程序的输入。
六、思考题
1、当要求以9600的波特率传送数据时，相应的参数应该怎么修改？
2、用计算机的RS232口输入输出参数时，系统应该处于什么方式？
实验三 机床参数的设置实验
一、实验目的
1、了解机床参数在数控机床调试中的应用。
二、实验设备
1、RS-SY-0i C/0i mate C数控机床综合实验系统。
三、实验必备知识
1、参数的分类（这里只介绍主要的几种）
FANUC 0I 系统主要包括以下参数：有关“SETTING”的参数、有关阅读机/穿孔机接口的参数、有关轴控制/设定单位的参数、有关坐标系的参数、有关储存行程检测参数、有关进给速度的参数、有关伺服的参数、有关显示及编辑的参数、有关编程的参数、有关螺距误差补偿的参数、有关主轴控制的参数、有关软操作面板的参数、有关基本功能的参数。
2、参数的含义(这里只介绍几种，具体查看FANUC 0I 参数使用说明书)
参数8130:总控制轴数(设定了此参数时,要切断一次电源)。
参数8131(设定了此参数时,要切断一次电源)。
AOV EDC FID HPG
HPG 手轮进给是否使用。
0：不使用
1：使用
FID F1位的进给是否使用。
0：不使用
1：使用
EDC 外部加减速是否使用。
0：不使用
1：使用
AOV 自动拐角倍率是否使用。
0；不使用
1：使用
参数8132(设定了此参数时,要切断一次电源)。
SCL SPK IXC BCD TLF
TLF 是否使用刀长寿命管理。
0：不使用
1：使用
BCD 是否使用第2辅助功能。
0：不使用
1：使用
LXC 是否使用分度工作台分度。
0：不使用
1：使用
SPK 是否使用小直径深孔钻削循环。
0；不使用
1：使用
SCL 是否使用缩放。
0：不使用
1：使用
参数8133(设定了此参数时,要切断一次电源)。
SYC SCS SSC
SSC 是否使用恒定表面切削速度控制。
0：不使用
1：使用
SCS 是否使用Cs轮廓控制。
0：不使用
1：使用
SYC 是否使用主轴同步控制。
0：不使用
1：使用
参数8134(设定了此参数时,要切断一次电源)。
IAP
IAP 是否使用图形对话编程功能。
0：不使用
1：使用
四、实验内容
1、显示参数
2、用MDI设定参数
3、基本功能参数的设置
五、实验步骤
1、参数显示的操作步骤：
（1）、按MDI面板上的功能键SYSTEM一次后，再按软键[PARAM]选择参数画面。
（2）、参数画面由多面组成。通过（a）(b)两种方法显示需要显示的参数所在的面面。
（a）有翻面键或光标移动键，显示需要的页面。
（b）从键盘输入想显示的参数号，然后按软键[NO.SRH]。这样可显示包括指定参数所在的页面，光标同时在指定参数的位置（数据部分变成反转文字显示）。
2、用MDI设定参数的操作步骤：
（1）将NC置于MDI方式或急停状态。
（2）用以下步骤使参数处于可写状态。
(a)按SETTING功能键一次或多次后，再按软键[SETTING]，可显示SETTING画面的第一页。
(b)将光标移至“PARAMETER WRITE”处。
(c)按[OPRT]软键显示操作选择软键。
(d)按软键[ON：1]或输入1，再按软键[INPUT]，使“PARAMETER WRITE”=1。这样参数成为可写入状态，同时CNC发生P/S报警100（允许参数写入）。
（3）按功能键SYSTEM一次或多次后，再按软键[PARAM]，显示参数画面。
（4）显示包含需要设定的参数的画面，将光标置于需要设定的参数的位置上。
（5）输入数据，然后按[INPUT]软键。输入的数据将被设定到光标指定的参数中。
（6）若需要则重复步骤（4）和（5）。
（7）参数设定完毕。需将参数设定画面的“PARAMETER WRITE=”设定为0，禁止参数设定。
（8）复位CNC，解除P/S报警100。但在设定参数时，有时会出现P/S报警000（需切断电源），此时请关掉电源再开机。
3、基本功能参数的设置，步骤如下：
（1）按步骤1的方法显示参数8130。
（2）按步骤2的方法将参数8130设定为2（车床）、设定为3（铣床）。
（3）按步骤1的方法显示参数8131。
（4）按步骤2的方法将参数8131设定为0（用手轮）、设定为1（不用手轮）。
（5）按步骤1的方法显示参数8133。
（6）按步骤2的方法将参数8133设定为0（不使用恒定表面切削速度）、设定为1（使用恒定表面切削速度）。
（7）按步骤1的方法显示参数8134。
（8）按步骤2的方法将参数8134设定为0（不使用图形对话编程功能）、设定为1（使用图形对话编程功能）。
六、思考题
1、请说明系统报警P/S000和P/S001的含义？
2、如果机床在切削时使用恒定表面切削速度控制不起作用,应该首先检查哪个参数?
实验四伺服驱动单元的调试和故障诊断
一、实验目的
1、了解伺服驱动单元的调试过程。
2、掌握伺服驱动单元的故障排除方法。
二、实验设备
1、RS-SY-0i C/0i mate C数控机床综合实验系统
三、 实验必备知识
1、有关伺服参数的含义
参数1010：CNC控制轴数。
参数1020：各轴的编程名称
轴名称 设定值 轴名称 设定值 轴名称 设定值 轴名称 设定值 X 88 U 85 A 65 E 69
Y 89 V 86 B 66
Z 90 W 87 C 67
参数1022：基本座标系中各轴的顺序
设定值 意义
0 既不是基本3轴，也不是平行轴
1 基本3轴中的X轴
2 基本3轴中的Y轴
3 基本3轴中的Z轴
5 X轴的平行轴
6 Y轴的平行轴
7 Z轴的平行轴
参数1023：各轴的伺服轴号。
参数1825：各轴的伺服环增益。
参数1826：各轴的到位宽度。
参数1827：设定各轴切削进给的到位宽度。
参数1828：各轴移动中的最大允许位置偏差量。
参数1829：各轴停止中的最大允许位置偏差量。
2、诊断画面的显示
（1）按SYSTEM键。
（2）按[诊断]软键、显示诊断画面。
3、伺服相关诊断号的含义
诊断号200：
OVL LV OVC HCA HVA DCA FBA OFA
OVL：发生过载报警。（详细内容显示在诊断号201上）。
LV：伺服放大器电压不足的报警。
OVC：在数字伺服内部，检查出过流报警。
HCA：检测出伺服放大器电流异常报警。
HVA：检测出伺服放大器过电压报警。
DCA：伺服放大器再生放电电路报警。
FBA：发生了断线报警。
OFA：数字伺服内部发生了溢出报警。
诊断号201：
ALD EXP
当诊断号200的OVL为1时
ALD：1：电机过热。
0：伺服放大器过热。
当诊断号200的FBA为1时
ALD EXP 报警内容
1 0 内装编码器断线
1 1 分离式编码器断线
0 0 脉冲编码器断线
诊断号203：
PRM
PRM：数字伺服侧检测到报警，参数设定值不正确。
诊断号204：
OFS MCC LDA PMS
OFS：数字伺服电流值的A/D转换异常。
MCC：伺服电磁触器的接点熔断了。
LDA：LED表明串行编码器异常。
PMS：由于反馈电缆异常导致的反馈脉冲错误。
4、伺服报警号的含义（具体参考系统维修说明书）
报警号417：当第n轴处在下列状况之一时发生此报警。
（1）参数2020设定在特定限制范围以外。
（2）参数2022没有设定正确值。
（3）参数2023设定了非法数据。
（4）参数2024设定了非法数据。
（5）参数2084和参数2085（柔性齿轮比）没有设定。
（6）参数1023设定了超出范围的值或是设定了范围内不连续的值，或设定隔离的值。 （7）PMC轴控制中，扭矩控制参数设定不正确。
报警号5136：与控制轴的数量比较，FSSB认出的放大器的数量不够。
报警号5137：FSSB进入了错误方式。
报警号5138：在自动设定方式，还没完成轴的设定。
报警号5139：伺服初始化没有正常结束。
四、 实验内容
1、伺服驱动单元的正常调试过程；
2、伺服参数设置异常实验；
3、伺服串行总线故障的实验；
五、实验步骤
1、伺服驱动单元的正常调试过程
（1）检查系统、伺服驱动单元和电机的连接是否正确（可参考实验一），然后通电。
（2）伺服参数的初始化
①在紧急停止状态，接通电源。
②按下面顺序，显示伺服参数的设定画面。按SYSTEM键、扩展键、SV.PARA键。
③使用光标，翻页键，输入初始设定时必要的参数。
a.初始设定位2000
#3（PRMCAL）1：进行参数初始设定时，自动变成1。
#1（DGPRM）0：进行数字伺服参数的初始化设定。
1：不进行数字伺服参数的初始化设定。
#0（PLC01）0：使用PRM2023，2024的值。
1：在内部把PRM2023，2024的值趁乘10倍。
b.电机ID号，对应参数2020，设定为各轴的电机类型号。
c.任意AMR功能，对应参数2001（设定为00000000）。
d.CMR（指令倍乘比）,对应参数1820。
e.关断电源，然后再打开电源。
f.进给齿轮比N/M（F.FG）。
g.移动方向，对应参数2022，正方向（设定为111），反向（设定为-111）。
h.速度脉冲数，对应参数2023，设定为8192。
i.位置脉冲数，对应参数2024，设定为12500。
j.参考计数器，对应参数1821，设定为各轴的参考计数器的容量。
④将电源关闭，然后再接通。
（3）其它有关伺服参数的设置
参数1010：设置为2（车床），设置为3（铣床）。
参数1020：设置为88（X轴），设置为89（Y轴），设置为90（Z轴）。
参数1022：设置为1（X轴），设置为2（Y轴），设置为3（Z轴）。
参数1023：设置为1（X轴），设置为2（Z轴）-车床。
设置为1（X轴），设置为2（Y轴），设置为3（Z轴）-铣床。
参数1420：设置各轴快速运行速度。
参数1423：设置各轴手动连续进给（JOG进给）时的进给速度。
参数1424：设置各轴的手动快速运行速度。
参数1825：设置为3000
参数1826：设置为20
参数1827：设置为20
参数1828：设置为10000
参数1829：设置为20
（4）在手轮方式，运行各轴，看各轴是否正常，然后转换到手动方式，分别以慢速到快速运行各轴。
2、伺服参数设置异常实验
（1）将伺服参数1023改成4，关机，再开机，观察系统的变化，注意报警号。
（2）调出诊断号203、诊断号280，并记下诊断号的值。
（3）将伺服参数1023改回原来值，关机，再开机，系统应该恢复正常。
（4）调出诊断号203和280，观察有什么变化？
（5）实验老师可以自已设置一些故障，让学生通过报警号和诊断号自已排除。
3、伺服串行总线故障的实验
（1）将其中一个伺服模块COP10B插头上的光缆线拔下来。
（2）观察系统出现的报警号，并分析原因。
六、思考题
1、光缆在整个系统中起到什么作用？
2、当伺服出现417报警时，请分析可能出现的原因，怎样排除？
实验五 主轴变频单元的调试与故障诊断
一、实验目的
1、掌握交流变频器的使用知识以及通常的故障诊断。
二、实验设备
1、RS-SY-0i C/0i mate C数控机床综合实验系统。
三、实验必备知识
1、根据公式：n=60f/p可知交流异步电机的转速与电源频率f成正比与电机的极对数成反比，因此，改变电机的频率可调节电机的转速。通常 我们为了保证在一定的调速范围内保持电动机的转矩不变，在调节电源频率f时，必须保持磁通Φ不变，由公式U≈E=4.44fWKΦ可知，Φ∝U/f所以改变频率f时，同时改变电源电压U，可以保持磁通Φ不变。目前大部分变频器都采用了上述原理。用同时改变f和U的方法来实现电机转速n的调速控制，并使得输出扭矩在一定范围内保持不变。
2、本试验台采用的是三菱公司生产的FR-S500变频器,是具有免测速机矢量控制功能的通用型变频器。它可以计算出所需输出电流及频率的变化量以维持所期望的电机转速，而不受负载条件变化的影响。
3、通常交流变频器将普通电网的交流电能变为直流电能，再根据需要转换成相应的交流电能，驱动电机运转。电机的运转信息可以通过相应的传感元件反馈至变频器进行闭环调节。
4、FR-S500 变频器电源及电机强电接线端子排列如下图所示：
变频器电源接线位于变频器的左下侧，单相交流电AC220V供电，接接线端子L1、N及接地PE。 变频器电机接线位于变频器的右下侧，接线端子U、V、W及接地PE引线接三相电动机。
注意：
电源进线及电机接线均为交流高电压，请在接通电源之前或在通电工作中，确信变频
器的盖子已经盖好。以防触电！
5、FR-S500 变频器弱电控制接线端子排列如下图所示：
6、变频器接线方框图
7、变频器的操作面板说明，见下图。
8、变频器的基本操作
9、三菱变频器的功能参数