《数控机床电气控制》第八章课件

第一节数控机床电气线路的分析（课时4）

第二节CNC、驱动装置的参数设置（课时2）第八章典型数控机床电气控制系统分析第一节数控机床电气线路的分析（课时4）

第二节CN1（1）正确分析典型数控机床的CNC、进给驱动、主轴驱动、辅助设备等电气控制线路的工作原理、控制特点。（2）掌握数控机床电气控制线路的分析思路、连接方式以及CNC系统的参数设置、调试的方法。

本章重点：

（1）正确分析典型数控机床的CNC、进给驱动、主轴驱动、辅助2通过本章的学习，要求读者具有分析数控机床电气控制系统的能力。本章的能力要求:

通过本章的学习，要求读者具有分析数控机床电气3（1）机床电气原理图阅读和分析的方法。（2）CNC、进给驱动及主轴驱动的工作原理。（3）数控机床PLC的功能。知识回顾：（1）机床电气原理图阅读和分析的方法。知识回顾：4一、CK160数控车床的简介第一节

数控机床电气线路的分析

CK160数控车床结构为斜床身，两轴联动，配有六工位刀架。CK160数控车床采用了日本FANUC公司POWERMATE0数控系统，进给采用FANUC公司全数字交流伺服装置，伺服电机为β2/3000，输出功率为0.5kW，主传动电机由变频器控制，主电机功率为3kW，主轴转速范围为35～3500r/min。CK160数控车床配备冷却电机和防护罩。一、CK160数控车床的简介第一节数控机床电气线路的分5二、CK160数控车床电气控制原理分析1．电源电路（D1）

二、CK160数控车床电气控制原理分析1．电源电路（D1）62．CNC电路（W1）

2．CNC电路（W1）73．伺服电路（K1）

3．伺服电路（K1）84．主轴电路（H1）

4．主轴电路（H1）95．辅助设备主电路（E1）

5．辅助设备主电路（E1）106．强电控制电路（M1）

6．强电控制电路（M1）117．PLC的输入电路（M2）

7．PLC的输入电路（M2）12《数控机床电气控制》第八章课件13《数控机床电气控制》第八章课件148．PLC的输出电路（M3）

8．PLC的输出电路（M3）15一、常用的参数第二节CNC、驱动装置的参数设置1）检测倍乘比的设定。2）指令倍乘比的设定。3）最大切削进给速度的设定。4）快速移动（G00）速度的设定。5）手动进给速度的设定。6）位置增益的设定。7）速度增益的设定。8）积分时间常数的设定。1．伺服控制参数一、常用的参数第二节CNC、驱动装置的参数设置1）检测倍169）到位定位范围的设定。10）最大跟随误差的设定。11）加减速时间常数设定。12）返回机床参考点的速度和方向设定。9）到位定位范围的设定。172.主轴控制参数1）分段无级调速各档最高主轴转速设定。2）换档时主轴转动的方式、大小及方向设定。3）主轴编码器每转脉冲数设定。4）恒速控制时最低主轴转速设定。5）主轴最高转速的设定。6）主轴准停时的速度与方向设定。7）准停时主轴控制的增益设定。8）主轴准停的定位范围设定。9）当执行S功能时，CNC送给PLC的S代码设定。2.主轴控制参数1）分段无级调速各档最高主轴转速设定。183.机床行程与坐标参数

1）参考点相对机床零点坐标值设定。2）各坐标轴存储行程极限的设定。3）坐标系零点偏值的设定。4.补偿参数1）刀具的长度、半径以及磨损量设定。2）各轴反向间隙补偿值设定。3）各轴螺距误差补偿的设定。5.通信参数1）RS232C串行通信参数的设定。2）CNC占用的网络地址及网络参数的设定。

3.机床行程与坐标参数1）参考点相对机床零点坐标值设定。4191.增益参数的调整

二、重要参数的调整

伺服系统包含三个闭环反馈：位置环、速度环、电流环。其中电流环参数用户不能调整，设计中已保证电流环有足够的增益响应。用户需根据机器的刚性及负载情况调整位置环增益和速度环的增益、速度环积分时间常数等参数。（1）增益调整的基本准则1.增益参数的调整二、重要参数的调整伺201）位置环增益Kp

位置环增益主要影响伺服系统的响应，设定值越大，动态响应越快，跟踪误差越小，定位时间越短，但过大有可能引起振动。因此，在整机稳定的前提下，尽量设定的较大。

2）速度环的增益Kv

此参数决定速度环的响应性，在机械系统不产生振动范围内，尽可能设定较大值，此外，速度环的增益Kv的设定与负载惯量有密切联系，一般来说，负载惯量越大，Kv应设定得越大。

3）速度环积分时间常数Ti

在允许范围内，尽量设定较小值。1）位置环增益Kp

位置环增益主要影响伺服系211）位置环增益Kp的调整

位置环增益Kp与整机的机械刚性有关，高刚性的连接时位置环增益Kp值可设定较大，但不超过机械系统的固有频率，此时，可得到较高的动态响应，中刚性和低刚性的连接时Kp的设定值不能太高，否则会产生振荡。（2）各环路增益调整的分析

1）位置环增益Kp的调整

位置环增益Kp与222）速度环的增益Kv

遵循速度环增益Kv在允许的范围内越大越好的原则，对于高刚性机械如精密加工机床等，随

着负载惯量与电机惯量比值的增加，速度环的增益Kv设定值应加大，以保证整个系统具有较高的响应，但在负载惯量比>10时，位置环增益Kp和速度环增益Kv增加量不能太大，同时需加大速度环积分时间常数Ti，以保证机械系统的稳定。对于中刚性和低刚性的机械，在相同的负载惯量比时，Kv值要酌情减小，同时将速度环积分时间常数值增大。

2）速度环的增益Kv

遵循速度环增益Kv在允233）速度环积分时间常数Ti调整

速度环积分环节的主要作用是使系统对微小的输入有响应。由于此积分环节的延时作用，积分时间常数Ti的增加将使定位时间增加，响应将变慢，因此，此时应尽量减小Ti的值，然而，如果负载惯量很大或机械系统刚性较差时，为防止振动，必须加大速度环积分时间常数Ti。

3）速度环积分时间常数Ti调整

速度环积分环241）将位置环增益Kp先设在较低值，然后在不产生异常响声和振动的前提下逐渐增加速度环的增益Kv至最大值。

2）逐渐降低Kv的值，加大位置环增益Kp的值，在整个响应无超调、无振动的前提下将Kp的值设至最大。

3）速度环积分时间常数Ti取决于定位时间的长短，在机械系统不振动的前提下尽量减小此设定值。

4）最后，在取得单步响应后，对位置环增益Kp、速度环增益Kv及积分时间常数Ti进行微调，找到最佳的匹配点。

（3）位置控制时增益的设定方法1）将位置环增益Kp先设在较低值，然后在不产生异常响声和振动251）间隙补偿

由于在开环或半闭环数控机床中，数控装置仅准确地控制电动机的转动，那么当运动方向改变时，会产生电动机的空转，即电动机已转过一个角度，但工作台或刀架并没有移动，从而形成指令位置与实际位置的误差。

为克服由此产生的误差，数控系统均有间隙补偿功能，各轴的间隙值由实测确定，并作为参数输入给数控系统，每当运动改变方向时，系统会自动控制电动机补足空走的距离，即进行间隙补偿。2.补偿参数的调整1）间隙补偿

由于在开环或半闭环数控机床中，262）螺距误差补偿

在开环和半闭环数控机床上，数控机床常使用高精度滚珠丝杠。但丝杠总存在制造误差，并且长期使用还会产生磨损，因此要想进一步提高精度，则需采用螺距误差补偿（也称轴向校准）。

螺距误差补偿的基本思想就是将数控机床控制某轴运动的指令位置与高精度位置测量系统所测得的实际位置相比较，计算出在全行程上的误差分布曲线，将误差以表格的形式输入至CNC系统中，由于滚珠丝杠本身是精密传动部件，要测量其误差分布，必须采用更高精度级别的测量仪器，目前大多采用激光干涉仪进行测量。

2）螺距误差补偿

在开环和半闭环数控机床上，271．装配

三、装配与调试

1）安装前清点各电气元件、电缆等是否齐全。

2）根据电路图接线，要求布线整齐，导线入槽，线号齐全，导线的颜色符合国家标准。布线时注意动力线和信号线分开，防止干扰。信号电缆若为屏蔽电缆，必须剥去电缆外护套裸露屏蔽层，并用电缆夹固定于电缆支架上。柜外电缆捆扎成束。

3）各电缆连接时注意可靠的接触和密封，并检查有无松动和损坏，电缆插上后要拧紧螺钉。

在通电前按图纸逐一测试各部分接线是否正确，避免短路现象。

1．装配三、装配与调试1）安装前清点各电气元件、电缆等是282．调试

（1）输入参数、梯形图（2）通电试车

1）在接通电源的同时，作好按压急停按钮的准备。

2）逐一检查面板上各个电气元件功能是否正确。

3）检查机床各轴的运转情况。

4）限位保护设定。

5）检查主轴转速。

6）设定参考点。

7）调试刀架动作是否正确，刀号选择是否正确。

8）检查辅助功能及其附件是否正常工作。（3）试运行

2．调试（1）输入参数、梯形图（2）通电试车

1）在29

本章通过介绍典型数控机床电气控制实例，综合了前面所讲的知识与内容，使读者对继电器控制系统和PLC控制系统有了更深入的了解和对比，同时对数控机床电气控制整体框架有了一定的认识。

本章小结：

本章通过介绍典型数控机床电气控制实例，本章小结：30第一节数控机床电气线路的分析（课时4）

第二节CNC、驱动装置的参数设置（课时2）第八章典型数控机床电气控制系统分析第一节数控机床电气线路的分析（课时4）

第二节CN31（1）正确分析典型数控机床的CNC、进给驱动、主轴驱动、辅助设备等电气控制线路的工作原理、控制特点。（2）掌握数控机床电气控制线路的分析思路、连接方式以及CNC系统的参数设置、调试的方法。

本章重点：

（1）正确分析典型数控机床的CNC、进给驱动、主轴驱动、辅助32通过本章的学习，要求读者具有分析数控机床电气控制系统的能力。本章的能力要求:

通过本章的学习，要求读者具有分析数控机床电气33（1）机床电气原理图阅读和分析的方法。（2）CNC、进给驱动及主轴驱动的工作原理。（3）数控机床PLC的功能。知识回顾：（1）机床电气原理图阅读和分析的方法。知识回顾：34一、CK160数控车床的简介第一节

数控机床电气线路的分析

CK160数控车床结构为斜床身，两轴联动，配有六工位刀架。CK160数控车床采用了日本FANUC公司POWERMATE0数控系统，进给采用FANUC公司全数字交流伺服装置，伺服电机为β2/3000，输出功率为0.5kW，主传动电机由变频器控制，主电机功率为3kW，主轴转速范围为35～3500r/min。CK160数控车床配备冷却电机和防护罩。一、CK160数控车床的简介第一节数控机床电气线路的分35二、CK160数控车床电气控制原理分析1．电源电路（D1）

二、CK160数控车床电气控制原理分析1．电源电路（D1）362．CNC电路（W1）

2．CNC电路（W1）373．伺服电路（K1）

3．伺服电路（K1）384．主轴电路（H1）

4．主轴电路（H1）395．辅助设备主电路（E1）

5．辅助设备主电路（E1）406．强电控制电路（M1）

6．强电控制电路（M1）417．PLC的输入电路（M2）

7．PLC的输入电路（M2）42《数控机床电气控制》第八章课件43《数控机床电气控制》第八章课件448．PLC的输出电路（M3）

8．PLC的输出电路（M3）45一、常用的参数第二节CNC、驱动装置的参数设置1）检测倍乘比的设定。2）指令倍乘比的设定。3）最大切削进给速度的设定。4）快速移动（G00）速度的设定。5）手动进给速度的设定。6）位置增益的设定。7）速度增益的设定。8）积分时间常数的设定。1．伺服控制参数一、常用的参数第二节CNC、驱动装置的参数设置1）检测倍469）到位定位范围的设定。10）最大跟随误差的设定。11）加减速时间常数设定。12）返回机床参考点的速度和方向设定。9）到位定位范围的设定。472.主轴控制参数1）分段无级调速各档最高主轴转速设定。2）换档时主轴转动的方式、大小及方向设定。3）主轴编码器每转脉冲数设定。4）恒速控制时最低主轴转速设定。5）主轴最高转速的设定。6）主轴准停时的速度与方向设定。7）准停时主轴控制的增益设定。8）主轴准停的定位范围设定。9）当执行S功能时，CNC送给PLC的S代码设定。2.主轴控制参数1）分段无级调速各档最高主轴转速设定。483.机床行程与坐标参数

1）参考点相对机床零点坐标值设定。2）各坐标轴存储行程极限的设定。3）坐标系零点偏值的设定。4.补偿参数1）刀具的长度、半径以及磨损量设定。2）各轴反向间隙补偿值设定。3）各轴螺距误差补偿的设定。5.通信参数1）RS232C串行通信参数的设定。2）CNC占用的网络地址及网络参数的设定。

3.机床行程与坐标参数1）参考点相对机床零点坐标值设定。4491.增益参数的调整

二、重要参数的调整

伺服系统包含三个闭环反馈：位置环、速度环、电流环。其中电流环参数用户不能调整，设计中已保证电流环有足够的增益响应。用户需根据机器的刚性及负载情况调整位置环增益和速度环的增益、速度环积分时间常数等参数。（1）增益调整的基本准则1.增益参数的调整二、重要参数的调整伺501）位置环增益Kp

位置环增益主要影响伺服系统的响应，设定值越大，动态响应越快，跟踪误差越小，定位时间越短，但过大有可能引起振动。因此，在整机稳定的前提下，尽量设定的较大。

2）速度环的增益Kv

此参数决定速度环的响应性，在机械系统不产生振动范围内，尽可能设定较大值，此外，速度环的增益Kv的设定与负载惯量有密切联系，一般来说，负载惯量越大，Kv应设定得越大。

3）速度环积分时间常数Ti

在允许范围内，尽量设定较小值。1）位置环增益Kp

位置环增益主要影响伺服系511）位置环增益Kp的调整

位置环增益Kp与整机的机械刚性有关，高刚性的连接时位置环增益Kp值可设定较大，但不超过机械系统的固有频率，此时，可得到较高的动态响应，中刚性和低刚性的连接时Kp的设定值不能太高，否则会产生振荡。（2）各环路增益调整的分析

1）位置环增益Kp的调整

位置环增益Kp与522）速度环的增益Kv

遵循速度环增益Kv在允许的范围内越大越好的原则，对于高刚性机械如精密加工机床等，随

着负载惯量与电机惯量比值的增加，速度环的增益Kv设定值应加大，以保证整个系统具有较高的响应，但在负载惯量比>10时，位置环增益Kp和速度环增益Kv增加量不能太大，同时需加大速度环积分时间常数Ti，以保证机械系统的稳定。对于中刚性和低刚性的机械，在相同的负载惯量比时，Kv值要酌情减小，同时将速度环积分时间常数值增大。

2）速度环的增益Kv

遵循速度环增益Kv在允533）速度环积分时间常数Ti调整

速度环积分环节的主要作用是使系统对微小的输入有响应。由于此积分环节的延时作用，积分时间常数Ti的增加将使定位时间增加，响应将变慢，因此，此时应尽量减小Ti的值，然而，如果负载惯量很大或机械系统刚性较差时，为防止振动，必须加大速度环积分时间常数Ti。

3）速度环积分时间常数Ti调整

速度环积分环541）将位置环增益Kp先设在较低值，然后在不产生异常响声和振动的前提下逐渐增加速度环的增益Kv至最大值。

2）逐渐降低Kv的值，加大位置环增益Kp的值，在整个响应无超调、无振动的前提下将Kp的值设至最大。

3）速度环积分时间常数Ti取决于定位时间的长短，在机械系统不振动的前提下尽量减小此设定值。

4）最后，在取得单步响应后，对位置环增益Kp、速度环增益Kv及积分时间常数Ti进行微调，找到最佳的匹配点。

（3）位置控制时增益的设定方法1）将位置环增益Kp先设在较低值，然后在不产生异常响声和振动551）间隙补偿

由于在开环或半闭环数控机床中，数控装置仅准确地控制电动机的转动，那么当运动方向改变时，会产生电动机的空转，即电动机已转过一个角度，但工作台或刀架并没有移动，从而形成指令位置与实际位置的误差。

为克服由此产生的误差，数控系统均有间隙补偿功能，各轴的间隙值由实测确定，并作为参数输入给数控系统，每当运动改变方向时，系统会自动控制电动机补足空走的距离，即进行间隙补偿。2.补偿参数的调整1）间隙补偿

由于在开环或半闭环数控机床中，562）螺距误差补偿

在开环和半闭环数控机床上，数控机床常使用高精度滚珠丝杠。但丝杠总存在制造误差，并且长期使用还