西(xī)安數控機床主(zhǔ)軸控制系統根(gen)據機床性能一(yī)般有變頻控制(zhi)與串行控制兩(liang)⁉️種方式，如經濟(ji)型數控機床主(zhǔ)軸控制通常🧡采(cǎi)用變頻調速控(kòng)制;數控銑、加工(gong)中心主軸控制(zhi)通常❓采用交流(liu)主軸💞驅動器來(lái)實現主軸串行(háng)控制。在生産實(shí)踐中，各廠家在(zai)數控機床主軸(zhóu)控制配置上采(cai)取的策略都是(shi)滿足使用要求(qiú)👈情況下盡量降(jiang)低配置。主軸采(cǎi)用通用變頻器(qi)調速時隻能進(jin)行簡單的速度(du)控制✊，它是利用(yong)數控系統輸出(chu)模拟量電壓作(zuo)為變頻器速度(dù)控制信号，通過(guò)❄️數控系統 PMC 程序(xù)為變頻器提供(gong)正反轉信号，從(cong)而控制電機☔實(shi)現💚正反轉。串行(hang)主軸控制指的(de)是在主軸控制(zhi)系統中采用交(jiao)流主軸驅動器(qi)來實現主軸控(kòng)制的方式，如🚩 FANUC-0iC/D 系(xi) 統 一 般 配 置 專(zhuān) 用 的FANUC交流伺㊙️服(fu)驅動器及伺服(fú)電機實現主🧑🏾‍🤝‍🧑🏼軸(zhou)串行控制。串行(hang)主軸不僅能較(jiao)好地實現速度(dù)控制，而且可🌈通(tōng)過 CNC實現主軸定(ding)向準停、定位📐和(hé) Cs軸等位置控制(zhi)功能。對比這兩(liǎng)種主🈲軸控制方(fāng)式可見，串行主(zhu)軸控制方式較(jiao)通用變頻器主(zhu)軸控制🐅方式 功(gōng)能強🏃🏻‍♂️大、配置高(gāo)。由于交流主軸(zhóu)驅動🧡器及配套(tào)的專用電機成(chéng)本較高，因此造(zao)成🤟了數控機床(chuang)整機成本也相(xiang)對較高。生産實(shi)際中，很多經濟(ji)型數控機床主(zhu)軸都采用通👣用(yòng)變頻器調速或(huò)專用變頻器調(diao)速方式，以🍓降低(dī)成本。本文主要(yao)介紹主軸❌采用(yòng)通用變頻器調(diào)速方式時的調(diao)試方法。

1.數控機(ji)床主軸通用變(biàn)頻調速控制

數(shu)控機床主軸采(cǎi)用通用變頻調(diào)速控制方式時(shí)，典型的硬件配(pei)🏃🏻置為數控裝置(zhi)、通用變頻器及(ji)普通三相異步(bu)電動機。在主軸(zhou)調🚶試時，首先應(ying)正确完成變頻(pin)器與電機及數(shù)控裝置的硬♈件(jiàn)接線;其次是完(wán)成🐇主軸控制PMC梯(ti)形圖程🏃🏻序的設(shè)計及輸入。主👣軸(zhóu)的速度控制通(tong)過數控系統的(de)模✍️拟量輸出電(diàn)壓實現，正反轉(zhuǎn)控制通過PMC程序(xu)來實現。

1.1變頻調(diao)速控制硬件接(jie)線圖

本文以配(pèi)備 FANUC-0imateMD 系統的亞龍(lóng)559數控裝調實訓(xùn)設備為例👌來😄進(jin)行🧑🏾‍🤝‍🧑🏼介紹。其主軸(zhóu)采用通用變頻(pín)器調速控制，選(xuǎn)用的變頻器型(xíng)❗号為歐姆❓龍G3JZ，其(qi)硬件接線如圖(tu)1所示。變頻器的(de) U、V、W 端子直接接三(san)相異步電動🐪機(ji)。L1、L2、L3 端 子 經 交 流 接(jie) 觸 器KM、低壓斷路(lù)器 QF4接入電源。S1、S2端(duān)子分别通過中(zhong)☀️間繼電器 KA5、KA6 的 常(chang)開觸點接✨ 至 公(gong)共端子SC，KA5、KA6常開觸(chù)點不能同時閉(bi)合，它❤️們分别控(kòng)制電✂️機正、反轉(zhuan)。A1、AC 端子接至數控(kòng)系統的JA40接口，接(jie)收來❓自數控系(xì)統的模拟量信(xìn)💃号以控制主軸(zhóu)的轉速，模拟量(liang)一般為0V～10V 的電壓(ya)信号。

圖1　變頻器硬件(jian)接線圖

1.2變頻調(diào)速控制梯形圖(tú)程序

數控機床(chuáng)主軸正、反轉是(shi)通過 PMC 梯形圖程(cheng)序進行控🌏制的(de)，根據主軸控制(zhì)方式(如模拟量(liang)控制和串行控(kong)制方式)的不同(tong)，其 PMC 梯👉形圖程序(xù)也有所不同。圖(tu)2為配備 FANUC-0imateMD 數控系(xi)統的亞龍559數控(kòng)銑床㊙️的模拟💋量(liàng)主軸控制 PMC 梯形(xing)圖程序。為便于(yú)分析識讀主軸(zhou)控制👈 PMC 梯形圖程(cheng)序，現将輸入👉、輸(shū)出進行說☀️明，如(ru)表1所示。梯形圖(tú)程序中，第一、二(èr)行表👈示通過數(shu)控機床操作面(mian)闆上的正反轉(zhuan)按鍵控制機床(chuang)主軸進行正反(fǎn)轉;第三、四行表(biao)💔示利用加工編(bian)程程🌈序指令控(kòng)制數控機💃🏻床主(zhu)軸進行正反轉(zhuan);R0100.0中間信号表示(shi)數控🍉機床工作(zuò)方式選擇中的(de)“手動”、“手輪”工🈲作(zuo)方式。觀察 PMC 梯形(xíng)圖程序可知，通(tong)過數控機床操(cāo)作面闆上的正(zheng)反轉按鍵進行(hang)主軸🌈控制時，工(gōng)作方式選擇開(kai)關必須選擇“手(shou)動”或“手輪”工作(zuò)方式🤩，使 R0100.0 中間信(xìn)号為 1;RST信号為複(fu)位信号，其地址(zhi)🔱為 F1.1，通過數控系(xi)💁統操作面闆上(shang)的複位按鍵來(lái)實現㊙️系統複位(wei)操作;M19為主軸準(zhǔn)停信号，對于通(tōng)用變頻調速而(er) 言，該信号無實(shi)際意🧑🏾‍🤝‍🧑🏼義;串聯 于(yu) 程 序 中 的 X0002.4 與 X0002.7、M03 與(yǔ)M04常閉觸點構成(chéng)了正、反轉互鎖(suo)保護信号，X0002.5與 M05常(chang)閉觸點為停止(zhi)信号，當手動操(cao)作停止或程序(xu)指令中遇到 M05指(zhi)令時，PMC程序無輸(shu)出信号，主軸停(tíng)止 轉動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信号為(wei)🏃🏻主軸正反轉的(de)中間輸出信号(hao)，将其常開觸點(diǎn)接至實際的輸(shū)出 Y0005.5、Y0005.6，即可實現電(dian)路中線圈的實(shi)際控制。

圖2　數控銑床(chuáng)主軸控制

PMC梯形(xíng)圖表1　輸入、輸出(chū)信号及含義表(biǎo)1。

2.數控系統參數(shu)設置

主軸調速(sù)控制系統在硬(ying)件接線、PMC程序編(biān)輯完成的情況(kuàng)下，還需正确設(she)置數控系統參(cān)數與變頻器參(cān)數才能保證主(zhu)軸正确運轉。數(shù)控系統參數設(shè)定時，一部分參(can)數可以直接🤞查(cha)閱系統參數手(shou)冊直接設定，但(dan)也有個别參數(shù)需要進行㊙️計算(suan)後才能設定。

2.1設(she)置主軸控制系(xi)統參數

FANUC-0imateMD系統采(cai)用模拟量主軸(zhóu)控制方式時，除(chú)了增益調整♻️參(can)數3730、漂移調整3731兩(liǎng)個參數需要計(jì)算後才能設定(ding)外，其餘參數設(shè)定如表2所示。

2.2　增(zeng)益及漂移參數(shù)的計算

FS-0iD系統中(zhōng)參數3731為模拟量(liang)輸出時的漂移(yí)調整參數，其功(gōng)能是改㊙️變S0轉速(su)所對應的模拟(nǐ)量電壓輸出值(zhi)，參數設🔞定範圍(wei)為 -1　024～1　024。在模拟量控(kong)制時，當主軸轉(zhuǎn)速為S0時，其對應(ying)的模拟量輸出(chū)電壓在😘理論上(shang)應為0V，但經萬用(yòng)表檢查發現實(shi)際輸出電壓通(tong)常大于或小于(yu)0V，此時，則需設置(zhi)3731參數，使輸出🔴電(dian)壓盡量接近于(yu)0V。

3731參數設定值可(kě)按下式計算：

表(biǎo)2　主軸控制系統(tǒng)參數設置

FS-0iD系統中參數3730為(wei)模拟量輸出時(shi)的增益調整參(can)數，該💞參數🚶‍♀️可改(gai)變較高主軸轉(zhuǎn)速Smax所對應的模(mó)拟量輸出🛀🏻值，并(bing)改變輸出電壓(yā)和轉速的比例(li)。參數3730以 百 分 率(lǜ) 的 形 式 設 定，設(shè) 定 值 範 圍 為 700～1　250，單(dan)位為0.1%。當設定值(zhi)為1　000時，較高轉速(sù)Smax所對應的模拟(ni)量輸出為10V。如果(guǒ)🤩實際值大💋于或(huo)小于10V，可💛改變3730參(can)數調☁️整增益值(zhi)，使較高轉速Smax所(suo)對應的模拟🔴量(liàng)輸出盡量接近(jìn)🈚于10V。3730參數設定值(zhi)可按🈚下式計算(suàn)：

本文數控機床(chuang)配置 FANUC-0imateMD 系統，主軸(zhóu)為通用變頻調(diào)速系統。為了優(you)化主軸性能，必(bì)須計算和設定(ding)漂移、增益✔️調整(zheng)參數。表3為漂移(yi)和增益參數設(she)定前、後主軸在(zài)不同轉速時所(suǒ)對應的頻率及(ji)實測電壓值。由(you)表3可知，當3730、3731參數(shù)🐪設定值均👅為0，主(zhu)軸轉速為S0時，變(biàn)頻器輸出🈲頻率(lü)值為0，利💜用萬用(yòng)表實測輸出電(dian)壓為-0.048V。先進行漂(piao)🧡移參數計算☂️，可(kě)得漂移參數值(zhí)3731=26，因為漂移将同(tóng)時影響較高轉(zhuǎn)速Smax對應的輸出(chū)電壓。以表3為例(li)，即較高轉速為(wei)1　400r/min時實測的模拟(ni)量輸出電壓為(wei)9.93V，包含了-0.048V 的漂移(yí)電壓，所以‼️在計(ji)算增益🌂調整參(can)數時，必須将漂(piao)移電壓考慮進(jin)去再進行增益(yì)參數計算，較終(zhōng)🐆計算得增益參(cān)數值3730=1011。

表3　設置增(zeng)益及漂移參數(shu)

模拟量輸出的(de)漂移特性曲線(xiàn)如圖3所示，調整(zhěng)漂移🌈參數可☁️改(gǎi)變轉速S0所對應(yīng)的電壓輸出值(zhí)，使特性曲線上(shang)下平📞移。本例中(zhong)漂移參數設定(ding)為0時，實測S0轉速(su)對應電壓為-0.048V，特(tè)👉性曲線為負向(xiàng)漂移曲線。經計(jì)算和設定漂移(yi)參數後，再次實(shí)測漂✔️移電壓為(wéi)-0.002V，基本接近于0V，特(tè)性曲線基本接(jiē)近理🈲想特性曲(qu)線。

模拟量輸出(chu)增益調整特性(xing)曲線如圖4所示(shì)，調整增益參數(shù)可🌏改變較大轉(zhuǎn)速所對應的模(mo)拟量電壓輸出(chū)值，使特性曲線(xian)的斜率發生變(biàn)化。本例中增益(yi)參數設定✔️為0時(shí)，實☀️測較大轉速(su)對應的電壓為(wei)9.93V，可見特♋性曲線(xiàn)為增益過小。經(jing)計算、設定增益(yì)參數後，再次🔱實(shí)測較大轉速對(dui)應電壓變為10V，增(zeng)益特性變為理(li)想特性曲線。

3.結(jie)語

本文詳細介(jie)紹了數控機床(chuáng)主軸通用變頻(pín)調速方式的硬(ying)件接線、PMC梯形圖(tú)程序設計及系(xì)統參數設定方(fang)法。在完成主軸(zhou)控制功能的情(qíng)況下，為了使主(zhu)軸系統性能達(dá)到理想狀态，利(lì)用萬用表對主(zhu)軸不同速度輸(shū)出時對應的模(mo)拟量電壓信号(hao)進行了反複🎯實(shi)測，并經過漂移(yí)、增益調整參數(shu)的計算、設定及(ji)實際測量，使主(zhǔ)軸速度輸出特(te)性🌈達到理想狀(zhuang)态。為廣大數控(kong)機床維修維護(hù)人♋員提供了通(tōng)俗易懂的變頻(pín)主軸系統安裝(zhuang)、調試及維修指(zhi)導方法。