西(xi)安數控機(ji)床主軸控(kòng)制系統根(gen)據機床性(xing)能一般有(you)變頻控制(zhì)與串📧行控(kòng)制兩種方(fang)式，如經濟(jì)型數控機(jī)床主軸控(kong)制通常采(cǎi)用變頻調(diào)速控制;數(shu)控銑、加工(gōng)中心主軸(zhou)控制通常(chang)✔️采用交流(liu)主軸驅動(dong)器來實現(xiàn)主軸串行(hang)控💃制。在生(shēng)産實踐中(zhōng)，各廠家在(zài)數控機床(chuáng)主軸控制(zhi)配置上采(cai)取的策略(luè)都是滿⁉️足(zu)使用要求(qiu)情況下盡(jin)量降低配(pei)置。主軸采(cai)用通用變(bian)頻器調速(sù)時隻能進(jin)行簡單的(de)速😘度控制(zhì)，它是利用(yòng)數控系統(tong)輸出模拟(ni)量電壓作(zuo)為變頻器(qì)速度控制(zhì)信号，通過(guo)數控系統(tǒng) PMC 程序為變(biàn)頻器提供(gòng)正反轉信(xìn)号，從而控(kong)制電機實(shí)現⭐正反轉(zhuǎn)。串行主軸(zhou)控制指的(de)是在主軸(zhou)控制系統(tong)中采用交(jiao)流主軸驅(qu)動器來實(shí)現主軸控(kòng)制的方式(shi)，如 FANUC-0iC/D 系 統🧡 一(yī) 般 配 置 專(zhuan) 用 的FANUC交🔞流(liú)伺服驅動(dong)器及伺服(fu)電🐅機實現(xian)主軸串行(háng)控制。串行(hang)主軸不僅(jin)🐕能較好地(di)實⛱️現速度(dù)控制，而🔴且(qie)可👨‍❤️‍👨通過 CNC實(shi)現主軸定(ding)向準停、定(ding)位和 Cs軸等(děng)位置控制(zhì)功能。對比(bǐ)這兩種主(zhǔ)軸控制方(fang)式🔴可見，串(chuàn)行主軸控(kong)制方式較(jiào)通用變頻(pin)器主軸控(kong)制方式 功(gōng)能強大、配(pei)置高。由于(yu)交流主軸(zhou)驅動器及(jí)配套的專(zhuan)用電機成(cheng)本較高，因(yīn)此造成💞了(le)數控機床(chuáng)整機成本(ben)也相對較(jiao)高。生産實(shi)際中，很多(duo)經✨濟型數(shu)控機床主(zhu)軸都采用(yòng)通用變頻(pin)器調速或(huò)專用變頻(pín)器調速方(fang)式，以降低(di)成本。本文(wen)主要介紹(shào)主軸采用(yong)通🈲用🐉變頻(pin)器調速方(fang)式時的調(diao)試方法。

1.數(shù)控機床主(zhu)軸通用變(biàn)頻調速控(kong)制

數控機(jī)床主軸采(cai)用通用變(biàn)頻調速控(kong)制方式時(shí)，典☎️型的硬(ying)件配置為(wei)數控裝置(zhì)、通用變頻(pin)器及普通(tong)三❤️相異步(bù)電動機。在(zai)主軸調試(shi)時，首先應(yīng)正确完成(chéng)變頻器與(yǔ)電機及‼️數(shù)控裝置的(de)硬件接線(xiàn);其次是完(wán)成主軸控(kòng)制PMC梯形圖(tu)程序的設(she)計及輸入(ru)。主軸的速(sù)度💞控制通(tōng)過數控系(xì)統的模拟(nǐ)量輸出電(diàn)壓實現，正(zhèng)反轉控制(zhi)通過PMC程序(xù)來實現。

1.1變(biàn)頻調速控(kòng)制硬件接(jie)線圖

本文(wén)以配備 FANUC-0imateMD 系(xì)統的亞龍(long)559數控裝調(diào)實訓設備(bèi)為例🆚來進(jin)行介🌈紹。其(qi)主軸采用(yong)通用變頻(pín)器調速控(kong)制，選用的(de)🔅變頻器型(xíng)号為歐姆(mǔ)龍G3JZ，其硬件(jiàn)接線如圖(tu)1所示。變頻(pín)器的 U、V、W 端子(zǐ)直接接三(san)相異步電(dian)動機。L1、L2、L3 端 子(zi) 經 交 流 接(jie) 觸 器KM、低壓(yā)斷路💯器 QF4接(jie)入電源。S1、S2端(duan)子分👅别通(tōng)過中間繼(jì)電器 KA5、KA6 的✂️ 常(chang)開觸點接(jie) 至 公共端(duān)子SC，KA5、KA6常開觸(chù)點不能同(tóng)時閉合，它(ta)們分别控(kong)制電機正(zheng)、反轉。A1、AC 端子(zǐ)接至數控(kòng)系統的JA40接(jie)口🔴，接收來(lai)自數控系(xi)統的模拟(nǐ)量信😄号以(yǐ)控制主軸(zhou)的轉速，模(mó)拟量一般(bān)為0V～10V 的電壓(ya)信号。

圖1　變(bian)頻器硬件(jian)接線圖

1.2變(bian)頻調速控(kong)制梯形圖(tú)程序

數控(kòng)機床主軸(zhóu)正、反轉是(shì)通過 PMC 梯形(xíng)圖程序進(jìn)行控制的(de)，根據♈主軸(zhou)控制方式(shi)(如模拟量(liang)控制和串(chuan)行控☂️制方(fang)式)的不同(tong)，其 PMC 梯形圖(tú)❄️程序也有(yǒu)所不同。圖(tu)2為配💰備 FANUC-0imateMD 數(shù)控😍系統的(de)亞龍559數控(kòng)銑床的模(mó)拟量主軸(zhou)控制 PMC 梯形(xíng)圖程序。為(wei)便于♈分析(xī)識讀主軸(zhóu)控制🏒 PMC 梯形(xíng)圖程☂️序，現(xian)将輸入、輸(shu)出進行說(shuō)明，如表1所(suǒ)示。梯形圖(tú)程序🔱中，第(dì)一、二行㊙️表(biǎo)示通過數(shu)控機床操(cāo)作面闆上(shàng)的正反轉(zhuan)按鍵控制(zhi)機床主軸(zhou)進行正反(fan)轉;第三、四(sì)行表示利(lì)用加工編(bian)程程序指(zhi)令控制數(shù)控機床主(zhu)軸進行正(zhèng)反轉;R0100.0中間(jiān)信号表⚽示(shi)數控機床(chuang)工作方式(shì)🐪選擇中的(de)“手動”、“手輪(lun)”工作方式(shi)✨。觀察 PMC 梯形(xing)圖程🐅序可(ke)知，通過數(shù)控機床操(cāo)作面闆上(shàng)的正反轉(zhuǎn)按鍵進行(háng)主軸控制(zhi)時，工作方(fāng)式選擇開(kai)關必須選(xuǎn)擇“手動”或(huò)“手輪”工作(zuo)方式，使 R0100.0 中(zhong)間信号為(wéi) 1;RST信号為複(fu)位信🚶号，其(qí)地址為 F1.1，通(tōng)過數控系(xì)統操作面(miàn)闆上的複(fu)位按鍵來(lái)實💋現系統(tǒng)複位操作(zuo);M19為主軸準(zhun)停信号，對(dui)于㊙️通用變(bian)頻調㊙️速而(ér)㊙️ 言，該信号(hào)無實際意(yi)義;串聯 于(yu) 程 序 中 的(de) X0002.4 與 X0002.7、M03 與🙇‍♀️M04常閉(bi)觸點構成(cheng)了正、反轉(zhuan)互鎖保護(hù)信号，X0002.5與 M05常(cháng)閉觸點為(wei)停止信号(hào)，當手🧑🏽‍🤝‍🧑🏻動操(cao)作停止或(huo)程序指令(ling)中遇到 M05指(zhi)令時，PMC程序(xu)無輸出信(xin)号，主軸停(ting)止 轉動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信(xìn)号為📱主軸(zhou)正反轉的(de)中間輸出(chu)信号，将其(qi)常開觸點(diǎn)接至實際(ji)的輸出 Y0005.5、Y0005.6，即(ji)可實現電(diàn)路中☔線圈(quān)的實際👌控(kong)制。

圖2　數控(kòng)銑床主軸(zhóu)控制

PMC梯形(xing)圖表1　輸入(rù)、輸出信号(hào)及含義表(biǎo)1。

2.數控系統(tǒng)參數設置(zhì)

主軸調速(sù)控制系統(tǒng)在硬件接(jiē)線、PMC程序編(bian)輯完成的(de)情況下，還(hái)需正确設(shè)置數控系(xi)統參數與(yǔ)變頻器參(cān)數才能保(bǎo)證主軸正(zheng)确運轉。數(shu)控系統參(cān)數設定時(shí)，一部分參(cān)數可以直(zhi)接♊查閱系(xì)統參數手(shou)冊直接設(shè)定，但也有(you)個别參數(shù)需要進行(háng)計算後才(cái)能設定。

2.1設(shè)置主軸控(kòng)制系統參(can)數

FANUC-0imateMD系統采(cai)用模拟量(liang)主軸控制(zhi)方式時，除(chú)了增益調(diào)整參🧑🏾‍🤝‍🧑🏼數3730、漂(piao)移調整3731兩(liang)個參數需(xū)要計算後(hou)才能設定(dìng)外，其餘參(cān)數設定如(rú)表2所示。

2.2　增(zeng)益及漂移(yí)參數的計(jì)算

FS-0iD系統中(zhōng)參數3731為模(mo)拟量輸出(chu)時的漂移(yí)調整參數(shu)，其功能是(shì)改變S0轉速(sù)所對應的(de)模拟量電(dian)壓輸出值(zhí)，參數設定(ding)範圍為 -1　024～1　024。在(zai)模拟量控(kong)制時，當主(zhǔ)軸轉速為(wei)S0時，其對應(ying)的模拟😘量(liang)輸出電壓(ya)在理論上(shang)應為0V，但經(jing)萬用表檢(jian)查發現實(shi)際🔞輸出電(dian)壓通常大(dà)于🈲或小于(yú)0V，此時，則需(xū)設置3731參數(shù)，使輸出電(diàn)壓盡量接(jiē)近于0V。

3731參數(shù)設定值可(ke)按下式計(jì)算：

表2　主軸(zhou)控制系統(tong)參數設置(zhi)

FS-0iD系統中參(can)數3730為模拟(ni)量輸出時(shi)的增益調(diào)整參數，該(gāi)參數可✏️改(gǎi)變較高主(zhu)軸轉速Smax所(suǒ)對應的模(mo)拟量輸出(chu)值，并改變(bian)輸出電壓(yā)和轉速的(de)比例。參數(shu)3730以 百 分 率(lü) 的 形 式 設(she) 定，設 定 值(zhi) 範 圍 為 700～1　250，單(dān)位為0.1%。當設(she)定值為1　000時(shi)，較高轉速(su)Smax所對應的(de)模拟量輸(shu)出為10V。如果(guo)實際值大(da)💯于或小于(yú)10V，可改變3730參(cān)數調整增(zeng)益值，使較(jiào)高轉速Smax所(suǒ)❌對應的模(mo)拟量輸出(chū)盡量接近(jìn)于10V。3730參數設(shè)定值可按(àn)下式計算(suàn)：

本文數控(kong)機床配置(zhì) FANUC-0imateMD 系統，主軸(zhou)為通用變(bian)頻調速系(xi)統。為了優(yōu)化主軸性(xìng)能，必須計(ji)算和設定(dìng)漂移、增益(yì)💁調整參數(shu)。表3為漂移(yi)和增益參(can)數設定前(qian)、後主軸在(zài)㊙️不同轉速(sù)時所對應(yīng)的☔頻率及(ji)實測電壓(ya)值。由表3可(kě)知，當3730、3731參數(shu)設定值均(jun)為0，主軸轉(zhuǎn)速為S0時，變(bian)頻器輸出(chu)頻率值為(wéi)0，利用萬用(yòng)表實測輸(shū)出電壓為(wéi)-0.048V。先進行漂(piāo)移參數計(jì)算，可得漂(piāo)移參數值(zhi)3731=26，因為漂移(yi)将同🌈時影(ying)響較高轉(zhuǎn)速Smax對應🏃的(de)輸出電壓(ya)。以表3為例(lì)，即較高轉(zhuan)速為1　400r/min時實(shi)測的模拟(nǐ)量輸出電(diàn)壓為9.93V，包⁉️含(hán)了-0.048V 的漂移(yi)電壓，所以(yi)在計算增(zēng)益調整參(cān)💛數時，必須(xū)将漂💋移電(dian)🌏壓考慮進(jin)去再進行(hang)增益參數(shu)計算，較終(zhōng)計算得增(zēng)益參數值(zhi)3730=1011。

表3　設置增(zeng)益及漂移(yi)參數

模拟量輸(shu)出的漂移(yí)特性曲線(xiàn)如圖3所示(shi)，調整漂移(yí)參數可改(gǎi)變轉速S0所(suo)對應的電(diàn)壓輸出值(zhi)，使特性曲(qu)線上💚下平(píng)♈移。本例中(zhong)漂移參數(shù)設定為0時(shi)，實測S0轉速(sù)對應電壓(ya)為-0.048V，特性曲(qǔ)線為負向(xiàng)漂移曲線(xian)。經計算和(he)設定漂移(yi)🤟參數後，再(zai)次實測漂(piāo)⁉️移電壓為(wéi)-0.002V，基本接近(jìn)于0V，特性曲(qǔ)線基本接(jie)近理🏒想特(te)性曲線。

模(mó)拟量輸出(chu)增益調整(zheng)特性曲線(xiàn)如圖4所示(shi)，調整增益(yi)參數可改(gǎi)變較大轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的模拟量(liàng)電壓輸出(chū)值💃🏻，使特性(xìng)曲線的斜(xie)率發生變(biàn)化。本例中(zhong)增益參數(shu)設定為0時(shí)，實測較大(da)轉速對🐪應(ying)的電壓為(wei)9.93V，可見特性(xìng)曲線為增(zēng)益過小。經(jing)計算、設定(dìng)增益參數(shù)後，再次實(shí)測較大轉(zhuǎn)✂️速對應電(diàn)壓變為10V，增(zēng)益特性變(biàn)為理想🐪特(tè)性曲線。

3.結(jié)語

本文詳(xiáng)細介紹了(le)數控機床(chuáng)主軸通用(yong)變頻調速(su)方🚶式的🙇🏻硬(yìng)件接線、PMC梯(ti)形圖程序(xu)設計及系(xi)統參數設(she)定方法。在(zài)完成主📧軸(zhou)控制功能(neng)的情況下(xia)，為了使主(zhǔ)軸系統性(xìng)能達到🙇🏻理(li)想狀态，利(li)用萬用表(biǎo)對主軸不(bu)同速度輸(shu)出✂️時對應(ying)的☁️模拟量(liàng)電壓信号(hao)進⛹🏻‍♀️行了反(fǎn)複實測，并(bing)經過漂移(yi)、增益調整(zhěng)參數的計(jì)算、設定及(ji)實際測量(liàng)，使主㊙️軸速(sù)度輸出特(te)性達到理(li)想狀态。為(wei)廣♌大數控(kòng)機床維修(xiū)維護人員(yuan)提供了通(tōng)俗易懂的(de)變頻主軸(zhóu)系統安裝(zhuāng)、調試及維(wei)修指導方(fāng)法。