数控插补多轴运动控制系统解剖实验
实验学时：8
实验类型：独立授课实验 实验要求：必修 一、实验目的
1、通过本实验使学生掌握数控插补多轴控制装置的基本工作原理； 2、根据常用低压电器原理分析各运动控制电气元件的应用原理，分析数控插补运动实现的控制原理；
3、根据机电一体化产品的设计要求和设计流程进行运动控制系统的功能分析、机械结构分析、控制系统分析以及相关传感器选型等方面的设计内容。 本实验以数控插补多轴运动控制系统为具体对象，使学生掌握机电一体化产品设计和开发的技术流程和主要内容，通过运动控制系统的实现过程掌握常用电气元件识别和原理、数控插补原理、位置伺服控制系统等的设计和实现方式。 二、实验内容
1、通过数控插补多轴控制装置及其相关系统的测试和观察，分析数控插补的工作原理；
2、分析系统的功能、机械结构分析、运动关系以及相关传感器等，分析其相关的机械结构、电机及其驱动模块和传感反馈环节等；
3、根据常用低压电器原理，分析系统各运动控制电气元件的应用原理，分析数控插补运动过程实现的控制原理，并绘制相关的控制原理图和系统连接图。 三、实验设备
1、多轴运动控制系统一套（含电控箱） 2、PC机一台
3、GT-400-SG-PCI 卡一块（插在 PC机内部）
四、实验原理
该数控插补多轴运动控制系统是依据开放式数控系统原理构建的，其以通用计算机（PC）的硬件和软件为基础，采用模块化、层次化的体系结构，能通过各种形式向外提供统一应用程序接口的系统。开放式数控系统可分为 3类：（1）CNC 在 PC中；（2）PC作为前端，CNC作为后端；（3）单 PC，双 CPU平台。
本实验采用第一类，把顾高公司的 GT-400-SG-PCI 多轴运动控制卡插入PC机的插槽中，实现电机的运动控制，完成多轴运动控制系统的控制。其优点如下：（1）成本低，采用标准 PC机；（2）开放性好，用户可自定义软件；（3）界面比传统的 CNC 友好。
图1为该系统的硬件构成图，运动平台机械本体采用模块化拼装，主要由普通PC机、电控箱、运动控制卡、伺服（步进）电机及相关软件组成。其主体由两个直线运动单元（GX系列）组成。每个GX系列直线运动单元主要包括：工作台面、滚珠丝杆、导轨、轴承座、基座等部分，其结构见图2。伺服型电控箱内装有交流伺服驱动器，开关电源，断路器，接触器，运动控制器端子板，按钮开关等。步进型电控箱则装有步进电机驱动器，开关电源，运动控制器端子板，船形开关等。
图1 数控插补多轴控制系统硬件构成
图2 直线运动单元结构图
五、实验步骤
1、根据数控机床插补原理，分析该系统的工作过程和基本原理。 2、确认系统连线正确，打开PC机，闭合控制箱的空气开关器，复位“急停按钮”，按下面板上的绿色“启动按钮”打开控制电路，此时控制电源指示灯(GREEN)点亮。
3、打开电脑，进入软件系统启动界面，并运行软件插补实例。
4、分析系统的的机械结构、电机及其驱动模块和传感反馈环节，建立该数控插补多轴控制系统的硬件连接关系图。
5、绘制该数控插补多轴控制系统的电源模块电气图、系统启停模块控制控制图、两个运动方向的伺服控制原理图以及系统限位保护电气原理图等。
6、实验完毕，关闭电脑，按控制面板的红色“停止按钮”，按下“急停按钮”，关闭空气开关，此时控制电源指示灯灭，系统停止工作。 六、注意事项
1、在进行系统连线、拆卸与安装前，必须关闭系统所有电源。 2、使用前请仔细检查连线。
3、使用系统平台时，必须先确认限位开关是有效的。
4、出现失控时，应立即按电控箱的急停按钮（电源开关），并详细检查故障原因。