《數(shù)控機床電氣控制》第八章課件

第一節(jié)數(shù)控機床電氣線路的分析（課時4）

第二節(jié)CNC、驅(qū)動裝置的參數(shù)設置（課時2）第八章典型數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)分析第一節(jié)數(shù)控機床電氣線路的分析（課時4）

第二節(jié)CN1（1）正確分析典型數(shù)控機床的CNC、進給驅(qū)動、主軸驅(qū)動、輔助設備等電氣控制線路的工作原理、控制特點。（2）掌握數(shù)控機床電氣控制線路的分析思路、連接方式以及CNC系統(tǒng)的參數(shù)設置、調(diào)試的方法。

本章重點：

（1）正確分析典型數(shù)控機床的CNC、進給驅(qū)動、主軸驅(qū)動、輔助2通過本章的學習，要求讀者具有分析數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的能力。本章的能力要求:

通過本章的學習，要求讀者具有分析數(shù)控機床電氣3（1）機床電氣原理圖閱讀和分析的方法。（2）CNC、進給驅(qū)動及主軸驅(qū)動的工作原理。（3）數(shù)控機床PLC的功能。知識回顧：（1）機床電氣原理圖閱讀和分析的方法。知識回顧：4一、CK160數(shù)控車床的簡介第一節(jié)

數(shù)控機床電氣線路的分析

CK160數(shù)控車床結(jié)構(gòu)為斜床身，兩軸聯(lián)動，配有六工位刀架。CK160數(shù)控車床采用了日本FANUC公司POWERMATE0數(shù)控系統(tǒng)，進給采用FANUC公司全數(shù)字交流伺服裝置，伺服電機為β2/3000，輸出功率為0.5kW，主傳動電機由變頻器控制，主電機功率為3kW，主軸轉(zhuǎn)速范圍為35～3500r/min。CK160數(shù)控車床配備冷卻電機和防護罩。一、CK160數(shù)控車床的簡介第一節(jié)數(shù)控機床電氣線路的分5二、CK160數(shù)控車床電氣控制原理分析1．電源電路（D1）

二、CK160數(shù)控車床電氣控制原理分析1．電源電路（D1）62．CNC電路（W1）

2．CNC電路（W1）73．伺服電路（K1）

3．伺服電路（K1）84．主軸電路（H1）

4．主軸電路（H1）95．輔助設備主電路（E1）

5．輔助設備主電路（E1）106．強電控制電路（M1）

6．強電控制電路（M1）117．PLC的輸入電路（M2）

7．PLC的輸入電路（M2）12《數(shù)控機床電氣控制》第八章課件13《數(shù)控機床電氣控制》第八章課件148．PLC的輸出電路（M3）

8．PLC的輸出電路（M3）15一、常用的參數(shù)第二節(jié)CNC、驅(qū)動裝置的參數(shù)設置1）檢測倍乘比的設定。2）指令倍乘比的設定。3）最大切削進給速度的設定。4）快速移動（G00）速度的設定。5）手動進給速度的設定。6）位置增益的設定。7）速度增益的設定。8）積分時間常數(shù)的設定。1．伺服控制參數(shù)一、常用的參數(shù)第二節(jié)CNC、驅(qū)動裝置的參數(shù)設置1）檢測倍169）到位定位范圍的設定。10）最大跟隨誤差的設定。11）加減速時間常數(shù)設定。12）返回機床參考點的速度和方向設定。9）到位定位范圍的設定。172.主軸控制參數(shù)1）分段無級調(diào)速各檔最高主軸轉(zhuǎn)速設定。2）換檔時主軸轉(zhuǎn)動的方式、大小及方向設定。3）主軸編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)設定。4）恒速控制時最低主軸轉(zhuǎn)速設定。5）主軸最高轉(zhuǎn)速的設定。6）主軸準停時的速度與方向設定。7）準停時主軸控制的增益設定。8）主軸準停的定位范圍設定。9）當執(zhí)行S功能時，CNC送給PLC的S代碼設定。2.主軸控制參數(shù)1）分段無級調(diào)速各檔最高主軸轉(zhuǎn)速設定。183.機床行程與坐標參數(shù)

1）參考點相對機床零點坐標值設定。2）各坐標軸存儲行程極限的設定。3）坐標系零點偏值的設定。4.補償參數(shù)1）刀具的長度、半徑以及磨損量設定。2）各軸反向間隙補償值設定。3）各軸螺距誤差補償?shù)脑O定。5.通信參數(shù)1）RS232C串行通信參數(shù)的設定。2）CNC占用的網(wǎng)絡地址及網(wǎng)絡參數(shù)的設定。

3.機床行程與坐標參數(shù)1）參考點相對機床零點坐標值設定。4191.增益參數(shù)的調(diào)整

二、重要參數(shù)的調(diào)整

伺服系統(tǒng)包含三個閉環(huán)反饋：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。其中電流環(huán)參數(shù)用戶不能調(diào)整，設計中已保證電流環(huán)有足夠的增益響應。用戶需根據(jù)機器的剛性及負載情況調(diào)整位置環(huán)增益和速度環(huán)的增益、速度環(huán)積分時間常數(shù)等參數(shù)。（1）增益調(diào)整的基本準則1.增益參數(shù)的調(diào)整二、重要參數(shù)的調(diào)整伺201）位置環(huán)增益Kp

位置環(huán)增益主要影響伺服系統(tǒng)的響應，設定值越大，動態(tài)響應越快，跟蹤誤差越小，定位時間越短，但過大有可能引起振動。因此，在整機穩(wěn)定的前提下，盡量設定的較大。

2）速度環(huán)的增益Kv

此參數(shù)決定速度環(huán)的響應性，在機械系統(tǒng)不產(chǎn)生振動范圍內(nèi)，盡可能設定較大值，此外，速度環(huán)的增益Kv的設定與負載慣量有密切聯(lián)系，一般來說，負載慣量越大，Kv應設定得越大。

3）速度環(huán)積分時間常數(shù)Ti

在允許范圍內(nèi)，盡量設定較小值。1）位置環(huán)增益Kp

位置環(huán)增益主要影響伺服系211）位置環(huán)增益Kp的調(diào)整

位置環(huán)增益Kp與整機的機械剛性有關，高剛性的連接時位置環(huán)增益Kp值可設定較大，但不超過機械系統(tǒng)的固有頻率，此時，可得到較高的動態(tài)響應，中剛性和低剛性的連接時Kp的設定值不能太高，否則會產(chǎn)生振蕩。（2）各環(huán)路增益調(diào)整的分析

1）位置環(huán)增益Kp的調(diào)整

位置環(huán)增益Kp與222）速度環(huán)的增益Kv

遵循速度環(huán)增益Kv在允許的范圍內(nèi)越大越好的原則，對于高剛性機械如精密加工機床等，隨

著負載慣量與電機慣量比值的增加，速度環(huán)的增益Kv設定值應加大，以保證整個系統(tǒng)具有較高的響應，但在負載慣量比>10時，位置環(huán)增益Kp和速度環(huán)增益Kv增加量不能太大，同時需加大速度環(huán)積分時間常數(shù)Ti，以保證機械系統(tǒng)的穩(wěn)定。對于中剛性和低剛性的機械，在相同的負載慣量比時，Kv值要酌情減小，同時將速度環(huán)積分時間常數(shù)值增大。

2）速度環(huán)的增益Kv

遵循速度環(huán)增益Kv在允233）速度環(huán)積分時間常數(shù)Ti調(diào)整

速度環(huán)積分環(huán)節(jié)的主要作用是使系統(tǒng)對微小的輸入有響應。由于此積分環(huán)節(jié)的延時作用，積分時間常數(shù)Ti的增加將使定位時間增加，響應將變慢，因此，此時應盡量減小Ti的值，然而，如果負載慣量很大或機械系統(tǒng)剛性較差時，為防止振動，必須加大速度環(huán)積分時間常數(shù)Ti。

3）速度環(huán)積分時間常數(shù)Ti調(diào)整

速度環(huán)積分環(huán)241）將位置環(huán)增益Kp先設在較低值，然后在不產(chǎn)生異常響聲和振動的前提下逐漸增加速度環(huán)的增益Kv至最大值。

2）逐漸降低Kv的值，加大位置環(huán)增益Kp的值，在整個響應無超調(diào)、無振動的前提下將Kp的值設至最大。

3）速度環(huán)積分時間常數(shù)Ti取決于定位時間的長短，在機械系統(tǒng)不振動的前提下盡量減小此設定值。

4）最后，在取得單步響應后，對位置環(huán)增益Kp、速度環(huán)增益Kv及積分時間常數(shù)Ti進行微調(diào)，找到最佳的匹配點。

（3）位置控制時增益的設定方法1）將位置環(huán)增益Kp先設在較低值，然后在不產(chǎn)生異常響聲和振動251）間隙補償

由于在開環(huán)或半閉環(huán)數(shù)控機床中，數(shù)控裝置僅準確地控制電動機的轉(zhuǎn)動，那么當運動方向改變時，會產(chǎn)生電動機的空轉(zhuǎn)，即電動機已轉(zhuǎn)過一個角度，但工作臺或刀架并沒有移動，從而形成指令位置與實際位置的誤差。

為克服由此產(chǎn)生的誤差，數(shù)控系統(tǒng)均有間隙補償功能，各軸的間隙值由實測確定，并作為參數(shù)輸入給數(shù)控系統(tǒng)，每當運動改變方向時，系統(tǒng)會自動控制電動機補足空走的距離，即進行間隙補償。2.補償參數(shù)的調(diào)整1）間隙補償

由于在開環(huán)或半閉環(huán)數(shù)控機床中，262）螺距誤差補償

在開環(huán)和半閉環(huán)數(shù)控機床上，數(shù)控機床常使用高精度滾珠絲杠。但絲杠總存在制造誤差，并且長期使用還會產(chǎn)生磨損，因此要想進一步提高精度，則需采用螺距誤差補償（也稱軸向校準）。

螺距誤差補償?shù)幕舅枷刖褪菍?shù)控機床控制某軸運動的指令位置與高精度位置測量系統(tǒng)所測得的實際位置相比較，計算出在全行程上的誤差分布曲線，將誤差以表格的形式輸入至CNC系統(tǒng)中，由于滾珠絲杠本身是精密傳動部件，要測量其誤差分布，必須采用更高精度級別的測量儀器，目前大多采用激光干涉儀進行測量。

2）螺距誤差補償

在開環(huán)和半閉環(huán)數(shù)控機床上，271．裝配

三、裝配與調(diào)試

1）安裝前清點各電氣元件、電纜等是否齊全。

2）根據(jù)電路圖接線，要求布線整齊，導線入槽，線號齊全，導線的顏色符合國家標準。布線時注意動力線和信號線分開，防止干擾。信號電纜若為屏蔽電纜，必須剝?nèi)ル娎|外護套裸露屏蔽層，并用電纜夾固定于電纜支架上。柜外電纜捆扎成束。

3）各電纜連接時注意可靠的接觸和密封，并檢查有無松動和損壞，電纜插上后要擰緊螺釘。

在通電前按圖紙逐一測試各部分接線是否正確，避免短路現(xiàn)象。

1．裝配三、裝配與調(diào)試1）安裝前清點各電氣元件、電纜等是282．調(diào)試

（1）輸入?yún)?shù)、梯形圖（2）通電試車

1）在接通電源的同時，作好按壓急停按鈕的準備。

2）逐一檢查面板上各個電氣元件功能是否正確。

3）檢查機床各軸的運轉(zhuǎn)情況。

4）限位保護設定。

5）檢查主軸轉(zhuǎn)速。

6）設定參考點。

7）調(diào)試刀架動作是否正確，刀號選擇是否正確。

8）檢查輔助功能及其附件是否正常工作。（3）試運行

2．調(diào)試（1）輸入?yún)?shù)、梯形圖（2）通電試車

1）在29

本章通過介紹典型數(shù)控機床電氣控制實例，綜合了前面所講的知識與內(nèi)容，使讀者對繼電器控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)有了更深入的了解和對比，同時對數(shù)控機床電氣控制整體框架有了一定的認識。

本章小結(jié)：

本章通過介紹典型數(shù)控機床電氣控制實例，本章小結(jié)：30第一節(jié)數(shù)控機床電氣線路的分析（課時4）

第二節(jié)CNC、驅(qū)動裝置的參數(shù)設置（課時2）第八章典型數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)分析第一節(jié)數(shù)控機床電氣線路的分析（課時4）

第二節(jié)CN31（1）正確分析典型數(shù)控機床的CNC、進給驅(qū)動、主軸驅(qū)動、輔助設備等電氣控制線路的工作原理、控制特點。（2）掌握數(shù)控機床電氣控制線路的分析思路、連接方式以及CNC系統(tǒng)的參數(shù)設置、調(diào)試的方法。

本章重點：

（1）正確分析典型數(shù)控機床的CNC、進給驅(qū)動、主軸驅(qū)動、輔助32通過本章的學習，要求讀者具有分析數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的能力。本章的能力要求:

通過本章的學習，要求讀者具有分析數(shù)控機床電氣33（1）機床電氣原理圖閱讀和分析的方法。（2）CNC、進給驅(qū)動及主軸驅(qū)動的工作原理。（3）數(shù)控機床PLC的功能。知識回顧：（1）機床電氣原理圖閱讀和分析的方法。知識回顧：34一、CK160數(shù)控車床的簡介第一節(jié)

數(shù)控機床電氣線路的分析

CK160數(shù)控車床結(jié)構(gòu)為斜床身，兩軸聯(lián)動，配有六工位刀架。CK160數(shù)控車床采用了日本FANUC公司POWERMATE0數(shù)控系統(tǒng)，進給采用FANUC公司全數(shù)字交流伺服裝置，伺服電機為β2/3000，輸出功率為0.5kW，主傳動電機由變頻器控制，主電機功率為3kW，主軸轉(zhuǎn)速范圍為35～3500r/min。CK160數(shù)控車床配備冷卻電機和防護罩。一、CK160數(shù)控車床的簡介第一節(jié)數(shù)控機床電氣線路的分35二、CK160數(shù)控車床電氣控制原理分析1．電源電路（D1）

二、CK160數(shù)控車床電氣控制原理分析1．電源電路（D1）362．CNC電路（W1）

2．CNC電路（W1）373．伺服電路（K1）

3．伺服電路（K1）384．主軸電路（H1）

4．主軸電路（H1）395．輔助設備主電路（E1）

5．輔助設備主電路（E1）406．強電控制電路（M1）

6．強電控制電路（M1）417．PLC的輸入電路（M2）

7．PLC的輸入電路（M2）42《數(shù)控機床電氣控制》第八章課件43《數(shù)控機床電氣控制》第八章課件448．PLC的輸出電路（M3）

8．PLC的輸出電路（M3）45一、常用的參數(shù)第二節(jié)CNC、驅(qū)動裝置的參數(shù)設置1）檢測倍乘比的設定。2）指令倍乘比的設定。3）最大切削進給速度的設定。4）快速移動（G00）速度的設定。5）手動進給速度的設定。6）位置增益的設定。7）速度增益的設定。8）積分時間常數(shù)的設定。1．伺服控制參數(shù)一、常用的參數(shù)第二節(jié)CNC、驅(qū)動裝置的參數(shù)設置1）檢測倍469）到位定位范圍的設定。10）最大跟隨誤差的設定。11）加減速時間常數(shù)設定。12）返回機床參考點的速度和方向設定。9）到位定位范圍的設定。472.主軸控制參數(shù)1）分段無級調(diào)速各檔最高主軸轉(zhuǎn)速設定。2）換檔時主軸轉(zhuǎn)動的方式、大小及方向設定。3）主軸編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)設定。4）恒速控制時最低主軸轉(zhuǎn)速設定。5）主軸最高轉(zhuǎn)速的設定。6）主軸準停時的速度與方向設定。7）準停時主軸控制的增益設定。8）主軸準停的定位范圍設定。9）當執(zhí)行S功能時，CNC送給PLC的S代碼設定。2.主軸控制參數(shù)1）分段無級調(diào)速各檔最高主軸轉(zhuǎn)速設定。483.機床行程與坐標參數(shù)

1）參考點相對機床零點坐標值設定。2）各坐標軸存儲行程極限的設定。3）坐標系零點偏值的設定。4.補償參數(shù)1）刀具的長度、半徑以及磨損量設定。2）各軸反向間隙補償值設定。3）各軸螺距誤差補償?shù)脑O定。5.通信參數(shù)1）RS232C串行通信參數(shù)的設定。2）CNC占用的網(wǎng)絡地址及網(wǎng)絡參數(shù)的設定。

3.機床行程與坐標參數(shù)1）參考點相對機床零點坐標值設定。4491.增益參數(shù)的調(diào)整

二、重要參數(shù)的調(diào)整

伺服系統(tǒng)包含三個閉環(huán)反饋：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。其中電流環(huán)參數(shù)用戶不能調(diào)整，設計中已保證電流環(huán)有足夠的增益響應。用戶需根據(jù)機器的剛性及負載情況調(diào)整位置環(huán)增益和速度環(huán)的增益、速度環(huán)積分時間常數(shù)等參數(shù)。（1）增益調(diào)整的基本準則1.增益參數(shù)的調(diào)整二、重要參數(shù)的調(diào)整伺501）位置環(huán)增益Kp

位置環(huán)增益主要影響伺服系統(tǒng)的響應，設定值越大，動態(tài)響應越快，跟蹤誤差越小，定位時間越短，但過大有可能引起振動。因此，在整機穩(wěn)定的前提下，盡量設定的較大。

2）速度環(huán)的增益Kv

此參數(shù)決定速度環(huán)的響應性，在機械系統(tǒng)不產(chǎn)生振動范圍內(nèi)，盡可能設定較大值，此外，速度環(huán)的增益Kv的設定與負載慣量有密切聯(lián)系，一般來說，負載慣量越大，Kv應設定得越大。

3）速度環(huán)積分時間常數(shù)Ti

在允許范圍內(nèi)，盡量設定較小值。1）位置環(huán)增益Kp

位置環(huán)增益主要影響伺服系511）位置環(huán)增益Kp的調(diào)整

位置環(huán)增益Kp與整機的機械剛性有關，高剛性的連接時位置環(huán)增益Kp值可設定較大，但不超過機械系統(tǒng)的固有頻率，此時，可得到較高的動態(tài)響應，中剛性和低剛性的連接時Kp的設定值不能太高，否則會產(chǎn)生振蕩。（2）各環(huán)路增益調(diào)整的分析

1）位置環(huán)增益Kp的調(diào)整

位置環(huán)增益Kp與522）速度環(huán)的增益Kv

遵循速度環(huán)增益Kv在允許的范圍內(nèi)越大越好的原則，對于高剛性機械如精密加工機床等，隨

著負載慣量與電機慣量比值的增加，速度環(huán)的增益Kv設定值應加大，以保證整個系統(tǒng)具有較高的響應，但在負載慣量比>10時，位置環(huán)增益Kp和速度環(huán)增益Kv增加量不能太大，同時需加大速度環(huán)積分時間常數(shù)Ti，以保證機械系統(tǒng)的穩(wěn)定。對于中剛性和低剛性的機械，在相同的負載慣量比時，Kv值要酌情減小，同時將速度環(huán)積分時間常數(shù)值增大。

2）速度環(huán)的增益Kv

遵循速度環(huán)增益Kv在允533）速度環(huán)積分時間常數(shù)Ti調(diào)整

速度環(huán)積分環(huán)節(jié)的主要作用是使系統(tǒng)對微小的輸入有響應。由于此積分環(huán)節(jié)的延時作用，積分時間常數(shù)Ti的增加將使定位時間增加，響應將變慢，因此，此時應盡量減小Ti的值，然而，如果負載慣量很大或機械系統(tǒng)剛性較差時，為防止振動，必須加大速度環(huán)積分時間常數(shù)Ti。

3）速度環(huán)積分時間常數(shù)Ti調(diào)整

速度環(huán)積分環(huán)541）將位置環(huán)增益Kp先設在較低值，然后在不產(chǎn)生異常響聲和振動的前提下逐漸增加速度環(huán)的增益Kv至最大值。

2）逐漸降低Kv的值，加大位置環(huán)增益Kp的值，在整個響應無超調(diào)、無振動的前提下將Kp的值設至最大。

3）速度環(huán)積分時間常數(shù)Ti取決于定位時間的長短，在機械系統(tǒng)不振動的前提下盡量減小此設定值。

4）最后，在取得單步響應后，對位置環(huán)增益Kp、速度環(huán)增益Kv及積分時間常數(shù)Ti進行微調(diào)，找到最佳的匹配點。

（3）位置控制時增益的設定方法1）將位置環(huán)增益Kp先設在較低值，然后在不產(chǎn)生異常響聲和振動551）間隙補償

由于在開環(huán)或半閉環(huán)數(shù)控機床中，數(shù)控裝置僅準確地控制電動機的轉(zhuǎn)動，那么當運動方向改變時，會產(chǎn)生電動機的空轉(zhuǎn)，即電動機已轉(zhuǎn)過一個角度，但工作臺或刀架并沒有移動，從而形成指令位置與實際位置的誤差。

為克服由此產(chǎn)生的誤差，數(shù)控系統(tǒng)均有間隙補償功能，各軸的間隙值由實測確定，并作為參數(shù)輸入給數(shù)控系統(tǒng)，每當運動改變方向時，系統(tǒng)會自動控制電動機補足空走的距離，即進行間隙補償。2.補償參數(shù)的調(diào)整1）間隙補償

由于在開環(huán)或半閉環(huán)數(shù)控機床中，562）螺距誤差補償

在開環(huán)和半閉環(huán)數(shù)控機床上，數(shù)控機床常使用高精度滾珠絲杠。但絲杠總存在制造誤差，并且長期使用還