第6单元 西门子802C进给轴电气系统 - 图文

第6单元 西门子802C进给轴电气系统 6.1进给轴接线和驱动配置

6.1.1 学习目的

①了解机床进给轴系统电气控制和机械传动关系； ②了解进给轴系统电气控制通用方法； ③掌握802C系统进给轴伺服驱动接线； ④理解Z轴抱闸装置的控制，掌握其接线； ⑤掌握进给轴伺服驱动的方法。

6.1.2 案例分析

根据SIMODRIVE 611U驱动系统连接图，连接电源模块和进给轴线路，并配置其伺服驱动。 6.1.2.1 分析

一、连接线路

SIMODRIVE 611U伺服驱动器分为电源馈入模块、闭环速度控制模块和功率模块两部分，分别针对这两部分的接线进行分析。

①电源馈入模块的接线可以参照图纸；

②闭环速度控制模块和功率模块外部接口的接线如图4-1-1。

图4-1-1 SIMODRIVE 611U闭环速度控制模块和功率模块的接线

连接CNC控制器接口X7到SIMODRIVE 611U X451/452接口输入X/Y轴控制信号，连接SIMODRIVE 611U X461/462接口到X/Y轴编码器接口X3/X4输出X/Y轴控制信号，接口引脚说明如图4-1-2。

图4-1-2 引脚接线图

二、驱动器参数设定 SIMODRIVE 611U是一种通用型的伺服驱动器，可以根据不同的应用场合，使用工具软件SimoComU，很方便的进行各种参数的设定。 6.1.2.2 操作过程

一、根据上述分析，电源模块和进给轴线路连接步骤如下：

①用电缆连接SINUMERIK 802C base line接口与SIMODRIVE 611U模块； ②检查线路；

③参照图纸连接611U电源模块和驱动器线路及进给轴驱动； ④启动系统，操作机床，检查可能的问题。

二、系统连接完毕之后，在通过工具软件SimoComU对X、Y轴进行伺服配置。步骤如下： ①启动SimoComU，选择联机方式，如图4-1-3； ②命名将要调试的驱动器，然后选择“下一步”，如图4-1-4；

③进入联机方式后，SimoComU自动识别功率模块和611U控制板型号，然后选择“下一步”，如图4-1-5；

④选择输入电机的型号，如1FK7060-5AF71，然后选择“下一步”，如图4-1-6； ⑤根据电机的型号选择编码器类型，如图4-1-7；

图4-1-3 选择联机方式

图4-1-4 命名驱动器

⑥选择速度控制方式，然后选择“下一步”，如图4-1-8； ⑦SimoComU列出所选择的数据，如果数据无误，选择“接收该轴驱动器配置”，如图4-1-9。

????

图4-1-5 识别功率模块和控制板型号

图4-1-6 选择电机型号

图4-1-7 选择编码器类型

图4-1-8 选择速度控制方式

图4-1-9 接收数据

6.1.2.3 操作要点及注意事项

①连接1FK7电机的电缆U V W必须与SIMODRIVE 611U上A1/A2插头的U V W对应，不可接错。

②在SIMODRIVE 611U上，A1（对应X411）和A2（对应X412）不可接错。

③双轴模块中Ａ通道伺服电机的动力电缆连接至Ａ１，反馈电缆与Ｘ４１１连接；通道Ｂ的电机动力电缆连接至A2，反馈电缆连接至X412。特别注意的是在功率模块一端的动力电缆不能连错。A1和A2的标志在功率模块的底部。

④驱动器必须接地才能通电，否则可能导致硬件损坏。 ⑤T64断开后（T63和T48闭合），驱动系统的各轴进入制动状态，并以最快速度停止。因此在急停/伺服禁止和关电时，必须首先断开端子T64，然后依次断开端子T63和T48。

⑥在SIMODRIVE 611U控制模块上，开关S1的第一位至第六位应拨到OFF位置，驱动器参数P8 90应设置为１（角位置编码器输出到NC）。

⑦在调试SINUMRERIK 802C base line或调试SIMODRIVE 611U伺服驱动时，个人计算机是必不可少的工具。RS232通讯电缆又是连接数控系统和PC机（或611U和PC机）的唯一途径。因此必须严格按照图4-1-10连接并保证机床电气柜的保护地与计算机的保护地共地。否则可能导致SINUMRERIK 802C base line、SIMODRIVE 611U或计算机的硬件损坏。

图4-1-10 SIMODRIVE 611U串行电缆的连接

⑧为了使电机电缆更好地屏蔽，最好使用屏蔽板。连接时，电机动力电缆的屏蔽连接喉箍应与屏蔽板连接，电机信号电缆的屏蔽网应与功率模块的壳体连接。西门子提供的电机信号电缆是完整电缆。连接时，用户需要剥去屏蔽网的外部保护层，但不能损伤内部信号线。

⑨伺服配置设置完成之后，如果PLC应用程序还没有调试，驱动器的使能信号不会生效，电机也不能旋转。PLC功能驱动器使能控制生效之后，设定NC进给轴参数（MD：30130和30240），才能移动进给轴，进行进给轴的动态性能优化。

6.1.3 训练任务

①连接Z轴伺服驱动及抱闸装置；

②配置Z轴伺服驱动。

6.1. 4 相关知识点

一、611U电源模块简介

SOMIDRIVE 611U是用于联动而且具有高动态响应的运动控制系统。是一种模块化晶体管脉冲变频器，可以实现多轴以及组合驱动解决方案。其电源馈电模块可以提供最大120kW的总功率。如图4-1-11。

二、SIMODRIVE 611U伺服驱动器的连接

SINUMERIK 802C base line与SIMODRIVE 611U配合使用，电缆连接方式及面板接口定义如图4-1-12所示。

图4-1-11 611U电源模块

图4-1-12 SIMODRIVE 611U驱动系统连接

二、SINUMERIK 802C base line连接电缆

SINUMERIK 802C base line连接SIMODRIVE 611U伺服驱动，分为速度给定值电缆、电机编码器电缆、位置反馈电缆和电机动力电缆。

①速度给定值电缆 连接CNC控制器X7接口到SIMODRIVE 611U的X451/X452接口。

②电机编码器电缆 连接1FK7电机到SIMODRIVE 611U的X411/X412接口。 ③位置反馈电缆 连接CNC的X3、X4、X5、X6到SIMODRIVE 611U的X461/X462 接口。

④电机动力电缆 连接1FK7电机的动力接口到SIMODRIVE 611U的功率模块A1/A2的

U2、V2、W2接线端子。

图4-1-13 速度给定值电缆

图4-1-14 电机编码器电缆

图4-1-15 位置反馈电缆

图4-1-16 电机动力电缆

另外，电源模块各端子要求如下：

①PLC程序对电源模块的使能端子T48、T63和T64进行控制。端子T72和T52的状

态

也对使能端子的控制产生互锁。系统中所集成PLC实用应用程序已经对电源模块的各控制端子进行控制。

②电源模块的控制端子的接通断开按下列时序控制，各端子接通与断开的延时时间大约为５０～１００ｍｓ。

a．上电时 端子T48与T9接通，直流母线开始充电，延时后T63与T9接通，最后T64

和T9接通；

b．关电时 端子T64与T9断开，延时后（主轴和进给轴停止）T63与T9断开，最后

T48与T9断开。只有在T48断开之后才能切断总电源。 ③电源模块指示灯含义如图4-1-17。

图4-1-17 电源模块指示灯含义图

6.2 设置进给轴参数并测量反向间隙

6.2.1 学习目的

①理解进给轴参数并正确设定；

②掌握进给轴反向间隙测量的方法并理解其作用。

6.2.2 案例分析

测量X轴反向间隙并设定X轴的相关参数。 6.2.2.1 分析

①进给轴相关参数包括：反馈和编码器参数、传动系统的机械参数、速度参数、软限位 参数、反向间隙补偿等。

②反向间隙是由于存在坐标轴进给传动的反向死区、机械运动传动副反向误差等因素而形成的，一般采用百分表或千分表进行测量。

6.2.2.2 操作过程

①设置X轴的反馈和编码器参数、传动系统的机械参数、速度参数、软限位参数。 ②采用千分表测量X轴反向间隙。 ③设置X轴反向间隙补偿。 6.2.2.3 操作要点及注意事项

①设置参数时先查阅相关参考手册，最好预先列表，以免遗漏。

②采用千分表测量反向间隙时，表座和表杆不要伸出过高过长，因为测量时由于悬臂较长，表座易受力移动，造成计数不准，补偿值也就不真实了。

③在靠近坐标轴行程的中点及两端的三个位置分别进行多次测定（一般为七次），求出各个位置上的平均值，以所得平均值中的最大值为反向偏差测量值。在测量时一定要先移动一段距离，否则不能得到正确的反向间隙值。

6.2.3 相关知识点

一、轴速度

最大的加工路径、进给轴速度和主轴转速受机床性能和驱动动态特性及实际值极限频率（编码器极限频率）影响。

1、最大速度

通过设置MD：SPIND_VELO_LIMIT（最大主轴转速）给定最大主轴转速。通过设置MD：MAX_AX_VELO（最大坐标轴速度）限制坐标轴的最大速度，在有些情况下控制器还可以根据下述公式计算最大的加工速度：

vmax?一个零件程序段编程的行程长度[毫米或度]?0.9（4-2-1）

插补IPO?节拍[秒]进给率较大时（如编程的进给率较大，或者通过进给修调开关控制得到一个较大的进给率）速度受到vmax值的限制。另外，用CAD系统生成的程序，由于其程序段很短，对进给率的大小自动地进行限制就可能会导致速度的降低。

例如：IPO-节拍=12ms，程序段如下： N10 G0 X0 Y0；[mm]

N20 G0 X100 Z100；[mm]

则程序段中编程的行程长度=141.42mm，

∴vmax?141.42mm?0.9?10606.6mm/s?636.39m/min

12ms2、最小速度

轨迹速度或坐标轴速度的最小值由下列限制：

vmin10?3?（4-2-2）

增量计算精度[]?IPO?节拍[秒]毫米或度计算精度为1000增量/毫米或增量/度。如果低于vmin则无任何运动。

例如：IPO-节拍=12ms，则

vmin10?3??0.005毫米/分 1000增量/毫米?12毫秒3、进给率

进给率F的取值范围为：

公制系统：0.001?F?999,999.999[mm/min,mm/rev] 英制系统：0.001?F?999,999.999[inch/min,inch/rev] 主轴转速取值范围：0.001?S?999,999.999[rev/min] 运行范围见表4-2-3。

表4-2-3 轴运行范围

线性轴X，Z 插补参数I，J，K G71[毫米] 范围 ±999,999.999 ±999,999.999 G70[英寸] 范围 ±399,999.999 ±399,999.999 另外，运行范围还可以由软件限位开关限制。 二、控制器的定位精度

控制器的定位精度由实际值分辨率（=编码器增量/毫米或度）和计算精度（=内部增量/毫米或度）两者中较低的一种决定。输入精度、插补器节拍和位控节拍对此没有影响。

控制系统的尺寸分为公制系统和英制系统。基本体系的设置可以通过MD：SCALING_SYSTEM_IS_METRIC（基本体系公制）确定，相应的所有几何值都可以用公制或英制表示。该基本体系还对所有的手动设置（如手轮、INC增量方式、进给率）、零点偏置设置和刀具补偿设置等产生影响。

在零件程序中，工件相关的数据可以通过指令G70/G71在两种尺寸系统之间进行转换。 有物理量的机床数据或设定数据将根据不同的尺寸体系（公制/英制）用下述标准的输入/输出单位表示，见表4-2-4。

表4-2-4 数据标准物理量

物理量 线性位置 角度位置 线性速度 角速度 线性加速度 角加速度 线性加速度变化 角度加速度变化 时间 位置控制回路放大器 旋转进给量 线性补偿值 1 mm 1 degree 标准尺寸体系输入/输出单位 公制 1 inch 1 degree 1 inch/min 1 Revrev./min 1 inch/s2 1 Rev./s2 1 inch/s3 1 Rev./s3 1 s 1/s 1 inch/Rev. 1 inch 英制 1 mm/min 1 Revrev./min 1 m/s2 1 Rev./s2 1 m/s3 1 Rev./s3 1 s 1/s 1 mm/Rev. 1 mm 角度补偿值 1 degree 1 degree 三、设定值—实际值系统 1、电路原理图

受到调节的进给轴/主轴按照图4-2-2的方式设置控制回路（使用步进电机轴时认为在“内部”具有编码器）：

图4-2-2 控制回路电路原理图

2、转速设定值输出和实际值处理

①转速设定值输出及采集

对每个进给轴/主轴可以输出一个设定值，其中对主轴和带模拟驱动的进给轴输出的设定值是模拟量（±10V），对使用步进电机的进给轴输出的是脉冲信号和方向信号。

主轴/坐标轴可以连接一个标准或四倍频的方形编码器来进行实际值的采集，而步进电机轴不需要提供编码器。

模拟轴是测试时用于模拟进给轴/主轴的控制回路，运行时与实际轴一样，同样会出现移动误差。可以通过设置MD：CTRLOUT_TYPE[0]（设定值输出方式）和ENC_TYPE[0]（实际值采集方式）为“0”，即可定义一模拟轴，装载标准机床数据之后，定义好的轴就成了模拟轴。在参考点运行方式下，设定值/实际值可以设置为参考点值。通过MD：SIMU_AX_VDI_OUTPUT（模拟轴信号输出）可以确定在模拟时，坐标轴的接口信号是否传给了PLC。

②进给轴方向及速度匹配

a．进给轴的控制方向和运行方向

通过设置机床参数MD：ENC_FEEDBACK_POL[n]（实际值符号），可以改变实际值符号，从而可以改变位控控制方向。

通过设置机床参数MD：AX_MOTION_DIR（运行方向），可以使坐标轴运动反向而不影响位控控制方向。

b．转速设定值匹配/速度匹配

通过MD：RATED_VELO[n]确定电机设定转速，MD：RATED_OUTVAL设定输出电压。通过控制器使速度设定电压与电机速度对应，但是不适用于带步进电机的坐标轴。

在MD：RATED_OUTVAL中输入速度设定值，RATED_VELO中所表示的电机速度值对应于最大速度值的百分比。

如果不知道电机转速，可以通过所要求达到的轴速，滚珠丝杠的螺距（MD：LEADSCREW_PITCH中设定）和传动比（MD：DRIVE_AX_RATIO_NUMERA[n]减速箱丝杠端齿轮齿数和MD：DRIVE_AX_RATIO_DENOM[n]减速箱电机端齿轮齿数的比值）按下列公式计算：

n电机?V轴?RS （4-2-3）

式中：n电机——电机转速；V轴——轴速；S——滚珠丝杠螺距；R——传动比 其中：

R?电机转速DRIVE_AX_RATIO_NUMERA[n]? （4-2-4）

丝杠转速DRIVE_AX_RATIO_DENOM[n]计算原理图如图4-2-3。

c．精度

进给轴的运动质量完全取决于设定值的精度。为了使模拟电机具有足够的控制储备，MD：RATED_OUTVAL中必须定义所需最大轴速的80%~90%。

图4-2-3 转速设定值计算

d．线性轴速度匹配举例 已知：坐标轴速度=15000mm/min，滚珠丝杠螺距S=10mm/U，传动比R=2。求电机转速。

nmotor?VAchs?R15000mm/min?2??3000rev/min； S10mm/rev将计算得到的电机转速输入到MD：RATED_VELO[n]。

∴机床数据设定为：

MD：RATED_VELO[0]=3000rev/min

MD：RATED_OUTVAL=80%（只用于模拟电机）

MD：DRIVE_AX_RATIO_NUMERA[0]=2 MD：DRIVE_AX_RATIO_DENOM[0]=1 MD：LEADSCREW_PITCH=10mm/rev ③实际值处理

为了得到正确的位置控制闭环回路，控制器必须被告知实际值分辨率的大小。通过设定机床数据参数，控制系统可以自动计算出实际值分辨率。尽管在匹配编码器时并不需要这些机床数据，但是在计算给定值时要求这些机床数据必须正确输入！否则得不到正确的Kv系数。

同样，在MD：DRIVE_AX_RATIO_DENOM和MD：DRIVE_AX_RATIO_NUMERA中还可以输入负载转速和电机转速。

图4-2-4 举例：电机上带旋转编码器的线性轴

图4-2-5 举例：编码器安装在机床上的主轴

另外，通过设置MD：ENC_FEEDBACK_POL（实际值符号），可以改变实际值符号，从而改变位控控制方向。

四、反向间隙测量 1、定义

在数控机床上，由于各坐标轴进给传动链上驱动部件（如伺服电动机、伺服液压马达和步进电动机等）的反向死区、各机械运动传动副的反向间隙等误差的存在，造成各坐标轴在由正向运动转为反向运动时形成反向间隙，通常也称反向偏差或失动量。对于采用半闭环伺服系统的数控机床，反向间隙的存在就会影响到机床的定位精度和重复定位精度，从而影响产品的加工精度。如在G01切削运动时，反向偏差会影响插补运动的精度，若偏差过大就会造成“圆不够圆，方不够方”的情形；而在G00快速定位运动中，反向偏差影响机床的定位精度，使得钻孔、镗孔等孔加工时各孔间的位置精度降低。同时，随着设备投入运行时间的增长，反向偏差还会随因磨损造成运动副间隙的逐渐增大而增加，因此需要定期对机床各坐标轴的反向偏差进行测定和补偿。

2、反向间隙的测定

常用反向间隙的测定方法如下：在所测量坐标轴的行程内，预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准，再在同一方向给予一定移动指令值，使之移动一段距离，然后再往相反方向移动相同的距离，测量停止位置与基准位置之差。在靠近行程的中点及两端的三个位置分别进行多次测定（一般为七次），求出各个位置上的平均值，以所得平均值中的最大值为反向偏差测量值。在测量时一定要先移动一段距离，否则不能得到正确的反向偏差值。

测量直线运动轴的反向偏差时，测量工具通常采有千分表或百分表，若条件允许，可使用双频激光干涉仪进行测量。当采用千分表或百分表进行测量时，需要注意的是表座和表杆不要伸出过高过长，因为测量时由于悬臂较长，表座易受力移动，造成计数不准，补偿值也就不真实了。若采用编程法实现测量，则能使测量过程变得更便捷更精确。

需要注意的是，在工作台不同的运行速度下所测出的结果会有所不同。一般情况下，低速的测出值要比高速的大，特别是在机床轴负荷和运动阻力较大时。低速运动时工作台运动速度较低，不易发生过冲超程（相对“反向间隙”），因此测出值较大；在高速时，由于工作台速度较高，容易发生过冲超程，测得值偏小。

回转运动轴反向偏差量的测量方法与直线轴相同，只是用于检测的仪器不同而已。 3、反向间隙的补偿 国产数控机床，定位精度有不少>0.02mm，但没有补偿功能。对这类机床，在某些场合下，可用编程法实现单向定位，清除反向间隙，在机械部分不变的情况下，只要低速单向定位到达插补起始点，然后再开始插补加工。插补进给中遇反向时，给反向间隙值再正式插补，即可提高插补加工的精度，基本上可以保证零件的公差要求。

在SINUMERIK 802C base line中，通过设置以下参数进行反向间隙补偿。

表4-2-5 反向间隙补偿

轴参数号 32450 参数名 BACKLASH 单位 mm 轴 X，Y，Z 举例值 0.024 参数定义 反向间隙补偿 五、进给轴回参考点 1、概述

SINUMERIK 802S/C base line系统的很多功能都建立在参考点的基础上，如自动方式和MDA方式只有在机床返回参考点之后才能进行操作；反向间隙补偿和丝杠螺距误差补偿也只能在返回参考点之后才生效。因此，系统在正常工作之前首先要回参考点。

系统返回参考点之后以下功能才能实现： ? 坐标系才能准确 ? 反向间隙生效 ? 螺距补偿才有意义 ? 软极限生效

? 加工程序才能运行

数控系统中，用系统参数MD：20700 （REFP_NC_START_LOCK）未回参考点NC启动禁止 (即RE)来防止系统未回参考点就直接进行其他操作。

2、回零过程

减速开关之前回零过程如下： ? 选择回零方式

? 按照回零方向，按正向或反向键

轴移动寻找回零减速开关

找到回零减速开关后，轴减速并停止 轴反向移动，退出回零减速开关

退出回零减速开关后，轴继续移动安退出方向寻找编码器零脉冲

找编码器零脉冲后，轴移动到零点偏置的位置，轴停止，NC显示参考点坐标值和回零标志。 3、回参考点方式

回参考点方式分有减速开关和无减速开关两种。 ①有减速开关

根据接近开关信号/零脉冲的位置，可以分为两种情况。其中BERO指接近开关信号，适用于SINUMRERIK 802S base line；脉冲指编码器信号的零脉冲，适用于SINUMRERIK 802C base line。

a．接近开关信号/零脉冲在减速开关之前

MD34050：REFP_SEARCH_MARKER_REVERS=0，遇到减速开关后，反向寻找接近开关信号/零脉冲信号。

? ? ? ? ?

图4-2-6 有减速开关回参考点方式1

b．接近开关信号/零脉冲在减速开关之后

MD34050：REFP_SEARCH_MARKER_REVERS=1，遇到减速开关后，同向寻找接近开关信号/零脉冲信号。

图4-2-7 有减速开关回参考点方式2

②无减速开关

图4-2-8 无减速开关回参考点方式

图中：

VC—寻找减速档块速度，由MD34020（REFP_VELO_SEARCH_CAM）设定。

VM—寻找接近开关信号/零脉冲速度，由MD34040（REFP_VELO_SEARCH_MARKER）设定。

VP—参考点定位速度，由MD34070（REFP_VELO_POS）设定。 RV—参考点偏移，由MD34080（REFP_MOVE_DIST）设定。 RK—参考点坐标，由MD34100（REFP_SET_POS[0]）设定。 六、进给轴相关参数

进给轴相关参数说明如表4-2-6。

表4-2-6 进给轴相关参数

轴参数号 30130 参 数 名 CTRLOUT_TYPE ENC_TYPE ENC_REF_MODE ENC_RESOL LEADSCREW_PITCH DRIVE_AX_RA单位 - - - IPR mm 轴 X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y输入值 1 2 1 参 数 定 义 模拟给定输出到轴控接口 TTL编码器 电机编码器参考点零脉冲 编码器每转脉冲数 丝杠螺距 反馈和编码器参数 34200 31020*30240 31030 机械参数 31050 TIO_DENUM[0...5] DRIVE_AX_RA31060 TIO_NOMERA[0...5] - 减速箱电机端齿轮齿数 - mm/min mm 减速箱丝杠端齿轮齿数 速度参数 32000 32010 MAX_ AX_VELO JOG_ 最大轴速度G00 点动快速

VELO_RAPID 32020 32260 36200 34000 34010 34020 回参考点速度设定 34060 34070 34080 34100 34050 34040 JOG_ VELO RATED_VELO AX_VELO_LIMIT REFP_CAM_IS_ACTIVE REFP_CAM_DIR_IS_MINUS REFP_VELO_SEARCH_CAM REFP_VELO_SEARCH_MARKER REFP_SEARCH_MARKER_REVERSE REFP_MAX_MARKER_DIST REFP_VELO_POS REFP_MOVE_DIST REFP_SET_POS POS_LIMIT_MINUS POS_LIMIT_PLUS /min mm/Min RPM mm/min - - mm/min mm/min - mm mm/min mm mm mm mm ,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z 00 0 0 1 2000 300 0/1 20 1 0/点动速度 电机额定转速 坐标速度极限 减速开关生效 减速开关方向: 0-正; 1-负 寻找减速开关速度 寻找零脉冲速度 零脉冲位置在: 0-开关外; 1-开关内 寻找接近开关的最大距离 参考点定位速度 零脉冲后的移动距离（带方向） 参考点位置值 轴负向软限位值 轴正向软限位值 软极限 36100 36110 *该参数为611U的WSG接口引出的编码器信号脉冲数，等于电机的极对数×1024，根据电机编码器型号来确定。

如：电机1FK6060－6AF71－1Sxx，为6极电机，极对数为3； 电机1FK6101－8AF71－1Sxx，为8极电机，极对数为4； 电机1FK7060－5AF71－1Txx，为2极电机，极对数为1； 电机1FK7060－5AF71－1Sxx，为8极电机，极对数为4。

6.2.4训练任务

①测量Y、Z轴的反向间隙； ②设置Y、Z轴的相关参数。

6.3优化伺服，调整增益和加速度

6.3.1 学习目的

①了解进给轴优化的常用方法；

②掌握进给轴增益调整、加速度调整的方法； ③理解进给轴优化的作用。

6.3.2 案例分析

对X轴进行优化。 6.3.2.1 分析

对于伺服系统，首先是对速度环的增益和积分时间等动态特性进行调试，然后对位置环进行调试，速度环动态特性的优化是由SimoComU软件完成的。

速度环优化就是对伺服电机动态特性的优化，输入电机的型号及所带编码器的规格后，SimoComU自动进行参数的优化计算，优化的效果是与电机和机械传动装置的连接方式有关，刚性的连轴方式优化效果最好。

位置环主要是通过调整位置增益参数来进行优化。 6.3.2.2 操作过程

对于伺服系统，首先要对速度环的动态特性进行调试，然后才能对位置环进行调试。速度环动态特性优化通过SimoComU进行，步骤如下：

①将NC轴参数MD：30200设置为“0”（优化完毕后必须设置为“1”），使优化时NC给定电缆中的伺服使能信号65和9不会断开；

②如果需要利用组合键对电机抱闸进行控制，需要设定NC参数MD：14512[18]的位为2（bit1）“1”（优化完毕后恢复为“0”）；

③驱动器使能（电源模块端子T48、T63和T64与T9接通）；并将坐标移动到适中的位置（优化时电机要旋转约两圈）；优化时驱动器的速度给定由PC机以数字量给出；

④进入工具软件SimoComU，选择联机方式 ，再选择PC机控制 ，选择“OK”；

⑤在SINUMERIK 802C base line上通过机床控制区域组合键抱闸；

+释放电机

⑥进入控制器目录（Controller），出现以下画面，选择“None of these”；

⑦选择运行自动速度控制器优化“Execute automatic speed controller setting”；

⑧进入优化后出现以下画面：

⑨进入速度环优化后，选择“Execute steps 1-4”自动执行： a. 分析机械性能一（电机正转，抱闸应释放）； b. 分析机械性能二（电机反转，抱闸应释放）；

c. 电流环测试（电机静止，垂直轴电机的抱闸应夹紧）； d. 参数优化计算

⑩运行完第二步时，SimoComU出现提示：“电流环优化，垂直轴的电机抱闸一定要夹紧，以防止坐标下滑”；

11）通过MCP组合键+使抱闸夹紧；

12）显示优化前和优化后的参数比较，如果认可，需要进行数据存储，上电复位；

13）通过机床控制区域组合键+释放电机抱闸；

14）恢复NC通过参数MD：14512[16]=0，轴参数MD：30200=1，然后SINUMERIK 802C base line重新上电使参数生效；

15）速度环优化结束。

速度环优化结束后，可根据实际情况适当调整位置环放大倍数和加速度，以减小位置跟 随误差。

6.3.2.3 操作要点及注意事项

①PLC应用程序调试之前，驱动器的使能信号不生效，电机不能旋转。PLC功能生效之后，即驱动器使能控制生效后，设置NC进给轴参数（MD：30130和30240），才能移动进给轴，进行进给轴的动态特性优化。

②Z轴优化时最好用木块进行支撑，避免丝杠下滑脱落。

6.3.3 训练任务

①对Y轴伺服系统进行优化； ②对Z轴伺服系统进行优化；

③调整位置增益到振荡并记录数据； ④调整加速度并记录数据；

⑤重新设定调整位置、加速度，记录数据。

6.3.4 相关知识点

一、概述

802C系统采用全闭环控制系统，最外环是位置环，然后是速度环，内环是电流环，通过调节速度环和电流环的增益和积分时间来优化进给轴系统。电流环增益也称负载惯量比，可以手动调节。

二、Kv系数

对于步进电机进给轴，回路增益的标准值保存在机床数据MD：POSCTRL_GAIN[n]（伺服增益系数）中，对于模拟进给轴/主轴则要求进行匹配。n表示调节参数数组号：0~5。

Kv系数太大会导致系统不稳定、超调并可能使机床超出许可范围的负载。 允许的最大Kv系数取决于：

? 驱动的设计参数和动态特性（激励时间、加速度性能和制动能力） ? 机床品质（弹性、振动阻尼） ? 位置控制脉冲

Kv系数定义为：KV?速度[m/min]；

滞后量[mm][m/min]该单位为VDI标准规定的Kv系数单位。

[mm]三、位置控制器的参数记录

位置控制可以使用6种不同的参数记录。它们可以使位置控制与操作时修改的机床特性快速匹配，例如：

——改变丝杠齿轮级时；

——进给轴动态特性的匹配，如攻丝时。

操作时通过转换参数记录可以改变以下机床数据： MD：DRIVE_AX_RATIO_NUMERA[n] MD：DRIVE_AX_RATIO_DENOM[n] MD：POSCTRL_GAIN[n]

MD：AX_VELO_LIMIT[n]（速度监控界限值）

MD：DYN_MATCH_TIME[n]（动态调节的时间常量） 其中n表示调节参数数组号：0~5。0~5

对于丝杠，每个齿轮级对应一个参数记录。根据接口信号“实际齿轮级”（V380x2000.0bis.2），相应的参数记录即被激活。

对于未参与攻丝或螺纹切削的进给轴，在任何情况下，参数记录1被激活（index=0）。对于参与攻丝或螺纹切削的进给轴，与当前丝杠的齿轮级的相同的参数记录号被激活。

四、进给轴优化参数

工具软件SimoComU中设定进给轴优化的相关参数定义如表4-3-1。

表4-3-1 参数定义

参数 P1407:8 速度控制器的P增益 (ARM SRM) P1409:8 速度控制器积分时间 (ARM SRM) P1120 电流控制器的P增益 P1121 电流控制器积分时间 P1122 电机限定电流 (SRM) P1123:8负载惯性矩 P1014 V/f方式有效 P1125 V/f 模式的启动时间1 P1117 电机转动惯量 (ARM 0.01 0 5 0.001 0 0 500 kg 浮点 立即开始 0 0 0 10 10 3000 立即开始 立即开始 立即开始 0 2000 999999 Ns/m 浮点 立即开始 最小 标准 最大 单位 数据类型 有效 500 ms 浮点 10000 V/A 浮点 8000 μs 浮点 0 V/f运行未激活 1=激活 立即开始 立即开始 100 9.99999 s 浮点 kgm2 浮点

SRM) P1146 最大电机转速 五、位置增益与加速度 1、设置参数

位置增益与加速度通过下列参数设置： 参数 MD32200 位置环增益 MD32300 最大轴加速度 0 最小 0 标准 1 最大 2000 单位 数据类型 DOUBLE DOUBLE 定义 1/s 2设定位置增益 mm/s,r/s 2设定轴加速度 2、记录数据 按软件“诊断”后，显示“诊断”状态图。

图4-3-1 诊断状态图

选择“维修信息”软件，再选择“轴信息”软件，显示轴驱动信息如图4-3-2。另外，按“轴+”或“轴-”键分别显示下一个坐标轴或上一个坐标轴相应的参数值。

图4-3-2 维修信息窗口

6.4 进给轴PLC程序及故障排除

6.4.1 学习目的

①掌握进给轴位置测量和故障排除方法； ②掌握802C系统进给轴PLC编程方法； ③理解进给轴一般故障的排除方法。

6.4.2 案例分析

案例1：根据以下符号说明编制X轴使能PLC控制程序并设置其参数。

表4-4-1 符号定义

符号 SM0.0 Q0.1 Q0.2 定义 定义常“1”信号 系统驱动使能 系统脉冲使能 备注 特殊标识位（只读） 输出 案例2：X轴回参考点以后碰到减速开关速度下降，继续向前走到头碰到极限开关报警。试分析其故障原因及维修。 6.4.2.1 分析

案例1：

与X轴使能相关的接口信号如表4-4-2。

表4-4-2 X轴使能接口信号 符号 定义 备注 V38000002.1 V38000004.3 伺服使能 进给停止 送到坐标轴的信号 （可读/可写） ①系统驱动使能Q0.1上电，如果是上升沿驱动，则V38000002.1置位；如果是下降沿驱动，则V38000004.3复位；

②系统脉冲使能Q0.2上电，如果是下降沿驱动，则V38000002.1复位。 PLC程序编制如下：

图4-4-1 X轴使能PLC控制程序

案例2：

①X轴回零碰到减速开关减速，说明回零开关无故障；

②碰到减速开关之后一直前行与极限开关相撞，可能存在三种情况：

? 没找到编码器零点，可能硬件线路故障——短路或是断路，可以采用示波器或逻辑

测试笔进行排查。

? 没找到编码器零点之前已经撞上极限开关，可能硬极限位置不对，回零开关太长或

减速开关距离极限开关太近。可以重新调整极限开关的安装位置。 ③零脉冲后位移Rv设置太大或反向。需要重新设置MD：34080。

6.4.2.2 操作过程

一、PLC程序编制

①查找各进给轴相关的参数、接口信号及其含义，了解使能控制过

②编写X、Y、Z轴使能的PLC程序。 二、故障维修

①用逻辑测试笔查线路是否断开； ②查减速开关与回零开关距离； ③查系统中Rv值，标准值为“0”。 6.4.2.3 操作要点及注意事项

①参数一定要严格按照要求设置，否则会出现新的报警。 ②手动操作时机床系统要处于急停状态。

③拆装机床时一定要关闭电源。

④使用脉冲方式编制。如果采用常规方式，在其他地方要关闭使能就会发生冲突。 ⑤设置参数时先查阅相关参考手册，最好预先列表，以免遗漏。

6.4.3 训练任务

①Y轴回零超硬极限或失败维修。 ②Z轴回零超硬极限或失败维修。

③根据现场情况对进给轴设置故障进行维修。 ④编制进给轴PLC程序。

6.4. 4 相关知识点

一、进给轴常见故障

1、进给轴不能运动。造成此故障的原因有： ①操作方式不对；

②从PLC传至NC的信号不正常；

③位控板有故障（如03350，03325，03315板有故障）。 ④发生22号报警，它表示位置环未准备好。

⑤测量系统有故障。如产生108，118，128，138号报警，这是测量传感器太脏引起的。如产生104，114，124，134报警，则位置环有硬件故障。

⑥运动轴处于软件限位状态。只要将机床轴往相反方向运动即可解除。 ⑦当发生101，111，121，131号报警时，表示机床处于机械夹紧状态。 2、进给轴运动不连续。 3、进给轴颤动。

①进给驱动单元的速度环和电流环参数没有进行最佳化或交流电机缺相或测速元件损坏，均可引起进给轴颤动。

②CNC系统的位控板有故障。 ③机构磨擦力太大。

④数控机床数据有误，有关机床数据的正确设定如下。 4、进给轴失控。

①如有101，111，121，131号报警请对夹紧进行检查。 ②如有102，112，122，132号报警，则说明指令值太高。 ③进给驱动单元有故障。

④数控机床数据设定错误，造成位置控制环路为正反馈。 ⑤CNC装置输至驱动单元的指令线极性错误。

5、103～133号报警。这是轮廓监控报警。速度环参数没有最佳化或者KV系数太大。 6、105～135号报警。位置漂移太大引起的。移量超过500mv，检查漂移补偿参数N230～N233。

二、进给轴螺距误差补偿

调试机床时可以对丝杠螺距误差进行补偿，从而提高机床的加工精度。 举例：

补偿轴为Z轴，补偿起始点为100mm（绝对坐标），补偿间隔为100mm；补偿终止点：

1200mm（绝对坐标）。

第一步：设定参数，确定螺距补偿轴的补偿点数 轴参数号 38000 参数名 位 MM_ENC_COMP_MAX_POINTS — X，Y，Z 单轴 举例值 13 参数定义 每轴螺距补偿点数

图4-4-5 补偿原理图

注意：该参数设定后，系统在下一次上电时将对系统内存进行重新分配，用户信息如零件程序、固定循环和刀具参数会被清除。所以在设定该参数之前应将用户信息下载到计算机中。

第二步：利用工具盒中的WINPCIN通讯工具软件，将螺杆补偿文件读到计算机中。可以采用两种方法输入补偿值。

方法1：

1）螺距补偿数组从SINUMRERIK 802S/C base line传入计算机；

2）在计算机上编辑该文件，将测量得到的误差值写入数组中的对应位置； 3）把文件从计算机传送到SINUMRERIK 802S/C base line中。 方法2：

1）螺距补偿数组从SINUMRERIK 802S/C base line传入计算机； 2）在计算机上编辑该文件，改变文件头，使其成为加工程序，然后传送到SINUMRERIK 802S/C base line中；

3）利用SINUMRERIK 802S/C base line的编辑功能直接在操作面板上输入补偿值； 4）启动运行该程序（补偿值即输入到系统中） 方法1 %_N_COMPLETE_EEC_INI $AA_ENC_COMP [0，0，AX3]=0.0 $AA_ENC_COMP [0，1，AX3]=0.020 $AA_ENC_COMP [0，2，AX3]=0.015 $AA_ENC_COMP 方法2 %_N_BUCHANG_MPF ；$PATH=/_N_MPF_DIR $AA_ENC_COMP [0，0，AX3]=0.0 $AA_ENC_COMP [0，1，AX3]=0.020 $AA_ENC_COMP [0，2，AX3]=0.015 $AA_ENC_COMP 对应最小说明 文件头 偿值数组 [0，3，AX3]=0.014 $AA_ENC_COMP [0，4，AX3]=0.011 $AA_ENC_COMP [0，5，AX3]=0.009 $AA_ENC_COMP [0，6，AX3]=0.004 $AA_ENC_COMP [0，7，AX3]=-0.010 $AA_ENC_COMP [0，8，AX3]=-0.013 $AA_ENC_COMP [0，9，AX3]=-0.015 $AA_ENC_COMP [0，10，AX3]=-0.009 $AA_ENC_COMP [0，11，AX3]=-0.004 $AA_ENC_COMP_STEP [0，AX3]=100.0 $AA_ENC_COMP_MIN [0，AX3]=100.0 $AA_ENC_COMP_MAX [0，AX3]=1200.0 $AA_ENC_COMP_IS_MODULO [0，AX3]= 0 M17 轴参数号 LO [0，3，AX3]=0.014 $AA_ENC_COMP [0，4，AX3]=0.011 $AA_ENC_COMP [0，5，AX3]=0.009 $AA_ENC_COMP [0，6，AX3]=0.004 $AA_ENC_COMP [0，7，AX3]=-0.010 $AA_ENC_COMP [0，8，AX3]=-0.013 $AA_ENC_COMP [0，9，AX3]=-0.015 $AA_ENC_COMP [0，10，AX3]=-0.009 $AA_ENC_COMP [0，11，AX3]=-0.004 $AA_ENC_COMP_STEP [0，AX3]=100.0 $AA_ENC_COMP_MIN [0，AX3]=100.0 $AA_ENC_COMP_MAX [0，AX3]=1200.0 $AA_ENC_COMP_IS_MODU[0，AX3]= 0 M02 文件结束符 输入值 0 1 参数定义 无螺补 螺补生效 测量间隔（毫米） 最小位置（绝对） 最大位置（绝对） （用于旋转轴） 第三步：设置参数，激活螺杆补偿功能 参数名 单位 轴 32700 ENC_COMP_ENABLE — X，Y，Z 注意：当MD32700=1时，SINUMRERIK 802S/C base line内部补偿值文件自动进入写保护状态。如果需要修改补偿值，必须先修改补偿文件，并且设定MD32700=0，通过上述两种方法之一将补偿值输入到SINUMRERIK 802S/C base line中。最后，恢复设定MD32700=1。

第四步：系统再次上电，螺杆补偿功能设定完毕。 注意：螺距误差补偿必须是在返回参考点后才生效。

[0，3，AX3]=0.014 $AA_ENC_COMP [0，4，AX3]=0.011 $AA_ENC_COMP [0，5，AX3]=0.009 $AA_ENC_COMP [0，6，AX3]=0.004 $AA_ENC_COMP [0，7，AX3]=-0.010 $AA_ENC_COMP [0，8，AX3]=-0.013 $AA_ENC_COMP [0，9，AX3]=-0.015 $AA_ENC_COMP [0，10，AX3]=-0.009 $AA_ENC_COMP [0，11，AX3]=-0.004 $AA_ENC_COMP_STEP [0，AX3]=100.0 $AA_ENC_COMP_MIN [0，AX3]=100.0 $AA_ENC_COMP_MAX [0，AX3]=1200.0 $AA_ENC_COMP_IS_MODULO [0，AX3]= 0 M17 轴参数号 LO [0，3，AX3]=0.014 $AA_ENC_COMP [0，4，AX3]=0.011 $AA_ENC_COMP [0，5，AX3]=0.009 $AA_ENC_COMP [0，6，AX3]=0.004 $AA_ENC_COMP [0，7，AX3]=-0.010 $AA_ENC_COMP [0，8，AX3]=-0.013 $AA_ENC_COMP [0，9，AX3]=-0.015 $AA_ENC_COMP [0，10，AX3]=-0.009 $AA_ENC_COMP [0，11，AX3]=-0.004 $AA_ENC_COMP_STEP [0，AX3]=100.0 $AA_ENC_COMP_MIN [0，AX3]=100.0 $AA_ENC_COMP_MAX [0，AX3]=1200.0 $AA_ENC_COMP_IS_MODU[0，AX3]= 0 M02 文件结束符 输入值 0 1 参数定义 无螺补 螺补生效 测量间隔（毫米） 最小位置（绝对） 最大位置（绝对） （用于旋转轴） 第三步：设置参数，激活螺杆补偿功能 参数名 单位 轴 32700 ENC_COMP_ENABLE — X，Y，Z 注意：当MD32700=1时，SINUMRERIK 802S/C base line内部补偿值文件自动进入写保护状态。如果需要修改补偿值，必须先修改补偿文件，并且设定MD32700=0，通过上述两种方法之一将补偿值输入到SINUMRERIK 802S/C base line中。最后，恢复设定MD32700=1。

第四步：系统再次上电，螺杆补偿功能设定完毕。 注意：螺距误差补偿必须是在返回参考点后才生效。

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