西(xi)安數控機(ji)床主軸控(kòng)制系統根(gēn)據機床性(xìng)能一般有(yǒu)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(kòng)制通常采(cai)用變頻調(diào)速控制;數(shu)控銑、加工(gong)中心主軸(zhou)控制通常(cháng)🍉采用交流(liu)主軸❓驅動(dong)器來實現(xiàn)主軸串行(háng)控制。在生(shēng)産實踐中(zhōng)，各廠家在(zai)數控機床(chuang)主軸控制(zhi)配置上采(cai)取的策略(luè)都是滿足(zu)使用要求(qiú)情況下盡(jin)量🤞降低配(pei)置。主軸采(cai)用通用變(biàn)頻器調速(sù)時隻能進(jin)行簡單的(de)速度控制(zhi)，它是利用(yong)數控系🚩統(tǒng)輸出模拟(nǐ)量電壓作(zuo)為變頻器(qi)速🌈度控制(zhì)信号，通過(guò)數控系統(tong) PMC 程序為變(bian)頻🔆器提供(gong)正反轉信(xin)号，從而控(kong)制電機實(shí)現正反轉(zhuan)。串行主軸(zhóu)控制指的(de)是在主軸(zhou)控制系統(tong)中采用交(jiāo)流主軸驅(qū)動器來實(shi)現主軸控(kong)制的方式(shi)，如⁉️ FANUC-0iC/D 系 統 一(yī) 般 配 置 專(zhuān) 用 的FANUC交流(liu)伺服驅動(dong)器及伺服(fu)電機實現(xian)主軸串行(hang)控制。串行(háng)主軸不僅(jin)能較好地(dì)實現速度(du)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(zhu)軸控制方(fang)式❄️可見，串(chuan)行主軸控(kong)制方式較(jiao)通用變頻(pin)器主軸控(kong)制方式 功(gōng)能強大、配(pei)置高。由于(yú)交流主軸(zhou)驅動器及(ji)配套的專(zhuān)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(jiào)高。生産實(shí)際中，很多(duo)經濟型數(shù)控🌈機床主(zhǔ)軸都采用(yòng)通用變頻(pín)器調速或(huò)專用變頻(pin)器調速方(fāng)式，以👅降低(dī)成本。本文(wén)主要介紹(shào)主軸采用(yòng)通用變頻(pín)器調速方(fāng)式時的調(diào)試方法。

1.數(shù)控機床主(zhǔ)軸通用變(bian)頻調速控(kòng)制

數控機(ji)床主軸采(cǎi)用通用變(bian)頻調速控(kong)制方式時(shi)，典🔱型的硬(ying)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻件配置為(wei)數控裝置(zhi)、通用變頻(pin)器及普通(tōng)三相異步(bù)電動機。在(zai)主軸調試(shì)時，首先應(yīng)正确完成(chéng)變頻器與(yu)電機及🍓數(shu)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(tú)程序的設(she)計及輸入(rù)。主軸的速(su)度控制通(tong)過數控系(xi)統的模😘拟(nǐ)量輸出電(dian)壓實現，正(zheng)反轉控制(zhì)通過🛀🏻PMC程序(xù)來實現。

1.1變(bian)頻調速控(kòng)制硬件接(jiē)線圖

本文(wén)以配備 FANUC-0imateMD 系(xi)統的亞龍(lóng)559數控裝調(diao)實訓設備(bèi)為例來進(jìn)行介紹♊。其(qí)主軸采用(yong)通用變頻(pín)器調速控(kòng)制，選用的(de)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼變頻器型(xing)号為歐姆(mǔ)🎯龍G3JZ，其硬件(jian)接線如圖(tú)1所示😍。變頻(pin)器的 U、V、W 端子(zi)直接接三(sān)相異步電(dian)動機。L1、L2、L3 端 子(zi) 經 交 流 接(jiē) 觸 器KM、低壓(ya)斷路器 QF4接(jiē)入電源。S1、S2端(duan)子分别通(tong)過中間繼(jì)電器 KA5、KA6 的 常(chang)開觸點接(jiē)🧡 至 公共端(duan)子SC，KA5、KA6常開觸(chu)點不能同(tóng)時閉合，它(tā)們分别控(kong)制電🎯機正(zhèng)、反轉。A1、AC 端子(zǐ)接至數控(kòng)系統的JA40接(jiē)口🤩，接收來(lai)自數控系(xì)統的模拟(ni)量信号以(yi)控制主軸(zhóu)的轉速，模(mó)拟量一般(ban)為💞0V～10V 的電壓(ya)信号。

圖1　變(biàn)頻器硬件(jiàn)接線圖

1.2變(biàn)頻調速控(kòng)制梯形圖(tú)程序

數控(kong)機床主軸(zhou)正、反轉是(shì)通過 PMC 梯形(xing)圖程序進(jin)行控制的(de)，根🥵據主🈲軸(zhóu)控制方式(shì)(如模拟量(liang)控制和串(chuan)行控制方(fāng)👄式)的不同(tóng)，其 PMC 梯形圖(tu)程序也有(yǒu)所不同。圖(tú)2為配備 FANUC-0imateMD 數(shu)控👌系統的(de)亞龍559數控(kong)銑床的模(mó)拟量主軸(zhou)控制 PMC 梯形(xing)圖程序。為(wéi)便于分析(xī)識讀主軸(zhou)控制 PMC 梯形(xing)圖程序，現(xian)将輸入、輸(shu)出進行說(shuo)👌明，如表1所(suǒ)示。梯形圖(tu)程序中，第(dì)一、二行♍表(biao)示通過數(shu)控機床操(cāo)作面闆上(shàng)🌈的正反轉(zhuan)按鍵控制(zhì)機床主軸(zhóu)進行正反(fǎn)轉;第三、四(sì)行表💋示💁利(li)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(jian)信号表示(shì)數控機床(chuang)工作方式(shi)選擇中的(de)“手動”、“手輪(lún)”工作方式(shì)。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(shang)💞的正反轉(zhuan)按鍵進行(háng)主軸🍓控制(zhi)時，工作方(fāng)式選擇開(kai)關必須選(xuan)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(fú)位信号，其(qi)地址為 F1.1，通(tong)過數控系(xi)統操作面(miàn)闆上的複(fú)位按鍵來(lái)實👅現系統(tong)複位操作(zuo);M19為主軸準(zhǔn)停信号，對(dui)于🧑🏽‍🤝‍🧑🏻通用變(biàn)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(chéng)了正、反轉(zhuǎn)🈚互鎖保護(hù)信号，X0002.5與 M05常(cháng)閉觸♊點為(wéi)停止信号(hao)，當手動操(cāo)作停止或(huò)🌍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(chū)信号，将其(qi)常開觸點(dian)接至🌏實際(jì)的輸出 Y0005.5、Y0005.6，即(ji)可實現電(dian)路中線圈(quan)的實際🍓控(kòng)制。

圖2　數控(kòng)銑床主軸(zhóu)控制

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

2.數控系統(tong)參數設置(zhi)

主軸調速(su)控制系統(tong)在硬件接(jie)線、PMC程序編(bian)輯完成的(de)情況下，還(hai)需正确設(she)置數控系(xì)統參數與(yǔ)變頻器參(can)數才能保(bao)證主軸正(zhèng)确運轉。數(shù)控系統參(cān)數設定時(shí)，一部分♻️參(cān)數可以直(zhí)接查閱系(xi)統參數⛷️手(shou)冊直接設(shè)定，但也有(yǒu)個别參數(shù)需要進行(hang)計算後才(cai)能設定。

2.1設(shè)置主軸控(kòng)制系統參(can)數

FANUC-0imateMD系統采(cǎi)用模拟量(liàng)主軸控制(zhì)方式時，除(chú)了增益調(diao)整參數3730、漂(piāo)移調整3731兩(liang)個參數需(xu)要計算後(hou)才能設定(ding)外🔞，其餘參(can)數設定如(rú)表2所示。

2.2　增(zeng)益及漂移(yí)參數的計(ji)算

FS-0iD系統中(zhong)參數3731為模(mo)拟量輸出(chū)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(diàn)壓輸出值(zhí)，參數設定(ding)範圍為 -1　024～1　024。在(zai)模🐆拟量控(kòng)制時，當主(zhǔ)軸轉速為(wéi)S0時，其對應(yīng)的模拟量(liang)輸出🌐電壓(ya)在理論上(shàng)應為0V，但經(jīng)萬用表檢(jian)查發現實(shí)際輸出電(dian)壓通常大(da)于或小于(yu)0V，此時，則需(xu)設置3731參數(shu)，使輸出電(dian)壓盡量接(jiē)近于0V。

3731參數(shù)設定值可(ke)按下式計(ji)算：

表2　主軸(zhou)控制系統(tong)參數設置(zhi)

FS-0iD系統中參(cān)數3730為模拟(nǐ)量輸出時(shí)的增益調(diao)整參數，該(gai)參數🏃🏻‍♂️可🤩改(gai)變較高主(zhǔ)軸轉速Smax所(suǒ)對應的模(mó)拟量輸出(chu)值，并改變(bian)輸出💔電壓(yā)和轉速的(de)比例。參數(shù)3730以 百 分 率(lü) 的 形 式 設(she) 定，設❌ 定 值(zhi) 範 圍 為 700～1　250，單(dan)位為0.1%。當設(shè)定值為1　000時(shi)，較高轉速(sù)Smax所對應的(de)模拟量輸(shū)出為10V。如果(guo)實際值大(da)于或小于(yú)10V，可🏃改變3730參(can)數調整增(zeng)益值，使較(jiao)高轉速Smax所(suǒ)對應的模(mó)拟♌量輸出(chū)盡量接近(jìn)于10V。3730參數設(she)定值可按(àn)下式計算(suàn)：

本文數控(kòng)機床配置(zhi) FANUC-0imateMD 系統，主軸(zhou)為通用變(biàn)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(yí)和增益參(can)數設定前(qian)、後主軸在(zài)✂️不同轉速(sù)時所對應(ying)的頻率及(jí)實測電🈚壓(yā)值。由表3可(kě)知，當3730、3731參數(shu)🎯設定值均(jun1)為0，主軸轉(zhuǎn)速為S0時，變(biàn)頻器輸出(chu)頻率值為(wei)0，利用萬用(yong)表實測輸(shu)出電壓為(wéi)-0.048V。先進行漂(piao)移參數計(ji)算，可得漂(piāo)移參數值(zhí)3731=26，因為漂移(yí)将同✉️時影(yǐng)響較高轉(zhuǎn)速Smax對應🔞的(de)輸出電壓(yā)。以表3為例(li)，即較高轉(zhuan)速為1　400r/min時實(shí)測的模拟(ni)量輸出電(dian)壓為9.93V，包含(hán)了-0.048V 的漂移(yi)🥵電壓，所以(yi)🥰在計算增(zeng)益👈調整參(cān)數時，必須(xu)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(zeng)益參數值(zhí)3730=1011。

表3　設置增(zeng)益及漂移(yí)參數

模拟量輸(shū)出的漂移(yí)特性曲線(xian)如圖3所示(shi)，調整漂移(yí)☂️參數🥰可改(gai)變轉速S0所(suo)對應的電(diàn)壓輸出值(zhi)，使特性曲(qǔ)線上下平(ping)移。本🙇🏻例中(zhōng)漂移參數(shu)設定為0時(shí)，實測S0轉速(su)🤩對應電壓(yā)為-0.048V，特性曲(qu)線為負向(xiang)漂移曲線(xiàn)。經計算和(hé)設定漂移(yi)參數後，再(zai)次實測漂(piāo)移電壓為(wei)-0.002V，基本接近(jin)于0V，特性曲(qu)線基本接(jie)近理想特(tè)性曲線。

模(mo)拟量輸出(chū)增益調整(zhěng)特性曲線(xian)如圖4所示(shi)，調整增益(yì)參數⛹🏻‍♀️可改(gai)變較大轉(zhuan)速所對應(yīng)的模拟量(liang)電壓輸出(chū)值，使特🌏性(xìng)曲💰線的斜(xie)率♋發生變(biàn)化。本例中(zhōng)增益參🤞數(shù)設定為0時(shi)，實測較大(dà)轉速對應(yīng)的電壓為(wéi)9.93V，可見特性(xing)曲線為增(zeng)益過小。經(jing)計算、設🔆定(dìng)增益參數(shu)後，再次🤞實(shí)測較大轉(zhuan)🍉速對應電(diàn)壓變為10V，增(zēng)益特性變(bian)為理想特(te)性曲線。

3.結(jie)語

本文詳(xiang)細介紹了(le)數控機床(chuáng)主軸通用(yong)變頻調速(sù)方式的硬(ying)件接線、PMC梯(tī)形圖程序(xù)設計及系(xì)統參數設(shè)定🐅方法。在(zai)完成主軸(zhou)控制功能(néng)的情況下(xià)，為了使主(zhu)軸系統性(xìng)能達到理(lǐ)想狀态，利(li)用萬用表(biǎo)對主軸不(bú)同速度輸(shū)出時對應(ying)的模拟量(liang)電🎯壓信号(hao)進行了反(fǎn)複實測，并(bìng)經過漂移(yí)、增益調整(zheng)參數的計(jì)算、設定及(jí)實🔞際測量(liàng)，使主軸速(sù)度輸出特(te)性達到理(lǐ)想狀态。為(wéi)廣大數控(kòng)機床維修(xiu)維護人員(yuán)提供了通(tōng)俗易懂的(de)變頻主軸(zhou)系統安裝(zhuāng)、調試及維(wéi)修指導方(fang)法。