1、數控機床電氣控制數控機床電氣控制第一節第一節 數控機床電氣線路的分析課時數控機床電氣線路的分析課時4） 第二節第二節 CNC、驅動裝置的參數設置課時、驅動裝置的參數設置課時2） 第八章第八章 典型數控機床電氣控制系統分析典型數控機床電氣控制系統分析 數控機床電氣控制數控機床電氣控制（1 1正確分析典型數控機床的正確分析典型數控機床的CNCCNC、進給驅動、進給驅動、主軸驅動、輔助設備等電氣控制線路的工作原理、主軸驅動、輔助設備等電氣控制線路的工作原理、控制特點。控制特點。（2 2掌握數控機床電氣控制線路的分析思路、連掌握數控機床電氣控制線路的分析思路、連接方式以及接方式以及CNCCNC系統的參

2、數設置、調試的方法。系統的參數設置、調試的方法。 v本章重點：本章重點： 數控機床電氣控制數控機床電氣控制 通過本章的學習，要求讀者具有分析數控通過本章的學習，要求讀者具有分析數控機床電氣控制系統的能力。機床電氣控制系統的能力。v本章的能力要求本章的能力要求: 數控機床電氣控制數控機床電氣控制（1機床電氣原理圖閱讀和分析的方法。機床電氣原理圖閱讀和分析的方法。（2CNC、進給驅動及主軸驅動的工作原理。、進給驅動及主軸驅動的工作原理。（3數控機床數控機床PLC的功能。的功能。知識回顧：知識回顧：數控機床電氣控制數控機床電氣控制一、一、CK160CK160數控車床的簡介數控車床的簡介 第一節第一節

3、 數控機床電氣線路的分析數控機床電氣線路的分析 CK160數控車床結構為斜床身，兩軸聯數控車床結構為斜床身，兩軸聯動，配有六工位刀架。動，配有六工位刀架。CK160數控車床采用數控車床采用了日本了日本FANUC公司公司POWER MATE 0數控系數控系統，進給采用統，進給采用FANUC公司全數字交流伺服公司全數字交流伺服裝置，伺服電機為裝置，伺服電機為2/3000，輸出功率為，輸出功率為0.5kW，主傳動電機由變頻器控制，主電機，主傳動電機由變頻器控制，主電機功率為功率為3kW，主軸轉速范圍為，主軸轉速范圍為353500r/min。CK160數控車床配備冷卻電機數控車床配備冷卻電機和防護罩。

4、和防護罩。 數控機床電氣控制數控機床電氣控制二、二、CK160CK160數控車床電氣控制原理分析數控車床電氣控制原理分析1 1電源電路電源電路D1D1） 數控機床電氣控制數控機床電氣控制2CNC電路電路W1） 數控機床電氣控制數控機床電氣控制3伺服電路伺服電路K1） 數控機床電氣控制數控機床電氣控制4主軸電路主軸電路H1） 數控機床電氣控制數控機床電氣控制 5輔助設備主電路輔助設備主電路E1） 數控機床電氣控制數控機床電氣控制 6強電控制電路強電控制電路M1） 數控機床電氣控制數控機床電氣控制 7PLC的輸入電路的輸入電路M2） 數控機床電氣控制數控機床電氣控制數控機床電氣控制數控機床電氣控制

5、數控機床電氣控制數控機床電氣控制 8PLC的輸出電路的輸出電路M3） 數控機床電氣控制數控機床電氣控制一、常用的參數一、常用的參數第二節第二節 CNC、驅動裝置的參數設置、驅動裝置的參數設置1檢測倍乘比的設定。檢測倍乘比的設定。2指令倍乘比的設定。指令倍乘比的設定。3最大切削進給速度的設定。最大切削進給速度的設定。4快速移動快速移動G00速度的設定。速度的設定。5手動進給速度的設定。手動進給速度的設定。6位置增益的設定。位置增益的設定。7速度增益的設定。速度增益的設定。8積分時間常數的設定。積分時間常數的設定。1伺服控制參數伺服控制參數 數控機床電氣控制數控機床電氣控制 9到位定位范圍的設定。

6、到位定位范圍的設定。10最大跟隨誤差的設定。最大跟隨誤差的設定。11加減速時間常數設定。加減速時間常數設定。12返回機床參考點的速度和方向設定。返回機床參考點的速度和方向設定。數控機床電氣控制數控機床電氣控制 2. 主軸控制參數主軸控制參數1分段無級調速各檔最高主軸轉速設定。分段無級調速各檔最高主軸轉速設定。2換檔時主軸轉動的方式、大小及方向設定。換檔時主軸轉動的方式、大小及方向設定。3主軸編碼器每轉脈沖數設定。主軸編碼器每轉脈沖數設定。4恒速控制時最低主軸轉速設定。恒速控制時最低主軸轉速設定。5主軸最高轉速的設定。主軸最高轉速的設定。6主軸準停時的速度與方向設定。主軸準停時的速度與方向設定。

7、7準停時主軸控制的增益設定。準停時主軸控制的增益設定。8主軸準停的定位范圍設定。主軸準停的定位范圍設定。9當執行當執行S功能時，功能時，CNC 送給送給PLC的的 S代碼設定。代碼設定。數控機床電氣控制數控機床電氣控制3.機床行程與坐標參數機床行程與坐標參數 1參考點相對機床零點坐標值設定。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。各坐標軸存儲行程極限的設定。3坐標系零點偏值的設定。坐標系零點偏值的設定。4.補償參數補償參數 1刀具的長度、半徑以及磨損量設定。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。各軸反向間隙補償值設定。3各軸螺距誤差補償的設定。各軸螺距誤

8、差補償的設定。5.通信參數通信參數 1RS232C串行通信參數的設定。串行通信參數的設定。2CNC占用的網絡地址及網絡參數的設定。占用的網絡地址及網絡參數的設定。 數控機床電氣控制數控機床電氣控制1. 增益參數的調整增益參數的調整 二、重要參數的調整二、重要參數的調整 伺服系統包含三個閉環反饋：位置環、速度伺服系統包含三個閉環反饋：位置環、速度環、電流環。其中電流環參數用戶不能調整，設環、電流環。其中電流環參數用戶不能調整，設計中已保證電流環有足夠的增益響應。用戶需根計中已保證電流環有足夠的增益響應。用戶需根據機器的剛性及負載情況調整位置環增益和速度據機器的剛性及負載情況調整位置環增益和速度環

9、的增益、速度環積分時間常數等參數。環的增益、速度環積分時間常數等參數。 （1增益調整的基本準則增益調整的基本準則數控機床電氣控制數控機床電氣控制1位置環增益位置環增益Kp 位置環增益主要影響伺服系統的響應，設定值位置環增益主要影響伺服系統的響應，設定值越大，動態響應越快，跟蹤誤差越小，定位時間越越大，動態響應越快，跟蹤誤差越小，定位時間越短，但過大有可能引起振動。因此，在整機穩定的短，但過大有可能引起振動。因此，在整機穩定的前提下，盡量設定的較大。前提下，盡量設定的較大。2速度環的增益速度環的增益Kv 此參數決定速度環的響應性，在機械系統不產此參數決定速度環的響應性，在機械系統不產生振動范圍內

10、，盡可能設定較大值，此外，速度環生振動范圍內，盡可能設定較大值，此外，速度環的增益的增益Kv的設定與負載慣量有密切聯系，一般來的設定與負載慣量有密切聯系，一般來說，負載慣量越大，說，負載慣量越大，Kv應設定得越大。應設定得越大。3速度環積分時間常數速度環積分時間常數Ti 在允許范圍內，盡量設定較小值。在允許范圍內，盡量設定較小值。 數控機床電氣控制數控機床電氣控制1位置環增益位置環增益Kp的調整的調整 位置環增益位置環增益Kp與整機的機械剛性有關，高剛與整機的機械剛性有關，高剛性的連接時位置環增益性的連接時位置環增益Kp值可設定較大，但不超值可設定較大，但不超過機械系統的固有頻率，此時，可得到

11、較高的動過機械系統的固有頻率，此時，可得到較高的動態響應，中剛性和低剛性的連接時態響應，中剛性和低剛性的連接時Kp的設定值不的設定值不能太高，否則會產生振蕩。能太高，否則會產生振蕩。（2各環路增益調整的分析各環路增益調整的分析 數控機床電氣控制數控機床電氣控制2速度環的增益速度環的增益Kv 遵循速度環增益遵循速度環增益Kv在允許的范圍內越大越好在允許的范圍內越大越好的原則，對于高剛性機械如精密加工機床等，隨的原則，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，速度環的增著負載慣量與電機慣量比值的增加，速度環的增益益Kv設定值應加大，以保證整個系統具有較高的設定值應加大，以保

12、證整個系統具有較高的響應，但在負載慣量比響應，但在負載慣量比10 時，位置環增益時，位置環增益Kp和和速度環增益速度環增益Kv增加量不能太大，同時需加大速度增加量不能太大，同時需加大速度環積分時間常數環積分時間常數Ti，以保證機械系統的穩定。對，以保證機械系統的穩定。對于中剛性和低剛性的機械，在相同的負載慣量比于中剛性和低剛性的機械，在相同的負載慣量比時，時，Kv值要酌情減小，同時將速度環積分時間常值要酌情減小，同時將速度環積分時間常數值增大。數值增大。 數控機床電氣控制數控機床電氣控制3速度環積分時間常數速度環積分時間常數Ti調整調整 速度環積分環節的主要作用是使系統對微小速度環積分環節的主

13、要作用是使系統對微小的輸入有響應。由于此積分環節的延時作用，積的輸入有響應。由于此積分環節的延時作用，積分時間常數分時間常數Ti的增加將使定位時間增加，響應將的增加將使定位時間增加，響應將變慢，因此，此時應盡量減小變慢，因此，此時應盡量減小Ti的值，然而，如的值，然而，如果負載慣量很大或機械系統剛性較差時，為防止果負載慣量很大或機械系統剛性較差時，為防止振動，必須加大速度環積分時間常數振動，必須加大速度環積分時間常數Ti。 數控機床電氣控制數控機床電氣控制1將位置環增益將位置環增益Kp先設在較低值，然后在不產生先設在較低值，然后在不產生異常響聲和振動的前提下逐漸增加速度環的增益異常響聲和振動的

14、前提下逐漸增加速度環的增益Kv至最大值。至最大值。2逐漸降低逐漸降低Kv的值，加大位置環增益的值，加大位置環增益Kp的值，的值，在整個響應無超調、無振動的前提下將在整個響應無超調、無振動的前提下將Kp的值設的值設至最大。至最大。3速度環積分時間常數速度環積分時間常數Ti取決于定位時間的長短，取決于定位時間的長短，在機械系統不振動的前提下盡量減小此設定值。在機械系統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，對位置環增益最后，在取得單步響應后，對位置環增益Kp、速度環增益速度環增益Kv及積分時間常數及積分時間常數Ti進行微調，找到進行微調，找到最佳的匹配點。最佳的匹配點。 （3位置

15、控制時增益的設定方法位置控制時增益的設定方法 數控機床電氣控制數控機床電氣控制1間隙補償間隙補償 由于在開環或半閉環數控機床中，數控裝置僅由于在開環或半閉環數控機床中，數控裝置僅準確地控制電動機的轉動，那么當運動方向改變時，準確地控制電動機的轉動，那么當運動方向改變時，會產生電動機的空轉，即電動機已轉過一個角度，會產生電動機的空轉，即電動機已轉過一個角度，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。實際位置的誤差。 為克服由此產生的誤差，數控系統均有間隙補為克服由此產生的誤差，數控系統均有間隙補償功能，各軸的間隙值由實測確定，并作為參

16、數輸償功能，各軸的間隙值由實測確定，并作為參數輸入給數控系統，每當運動改變方向時，系統會自動入給數控系統，每當運動改變方向時，系統會自動控制電動機補足空走的距離，即進行間隙補償。控制電動機補足空走的距離，即進行間隙補償。2.補償參數的調整補償參數的調整 數控機床電氣控制數控機床電氣控制2螺距誤差補償螺距誤差補償 在開環和半閉環數控機床上，數控機床常使用在開環和半閉環數控機床上，數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生磨損，因此要想進一步提高精度，期使用還會產生磨損，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

17、準）。則需采用螺距誤差補償也稱軸向校準）。 螺距誤差補償的基本思想就是將數控機床控制螺距誤差補償的基本思想就是將數控機床控制某軸運動的指令位置與高精度位置測量系統所測得某軸運動的指令位置與高精度位置測量系統所測得的實際位置相比較，計算出在全行程上的誤差分布的實際位置相比較，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曲線，將誤差以表格的形式輸入至CNC系統中，系統中，由于滾珠絲杠本身是精密傳動部件，要測量其誤差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。多采用激光干涉儀

18、進行測量。數控機床電氣控制數控機床電氣控制1裝配裝配 三、裝配與調試三、裝配與調試 1安裝前清點各電氣元件、電纜等是否齊全。安裝前清點各電氣元件、電纜等是否齊全。2根據電路圖接線，要求布線整齊，導線入槽，根據電路圖接線，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，必須剝去電纜外護套裸露屏蔽層，并用電蔽電纜，必須剝去電纜外護套裸露屏蔽層，并用電纜夾固定于電纜支架上。柜外電纜捆扎成束。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，并檢查各電纜連接時注意可靠的接觸和密封