西(xi)安數控機床主(zhu)軸控制系統根(gēn)據機床性能一(yi)般有變頻控制(zhì)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(cai)用❌變頻⭐調速控(kòng)制🏃‍♂️;數控銑、加工(gōng)中心主軸控制(zhi)通常采用交流(liú)主軸驅動器來(lái)實現主軸串行(hang)控制。在生産實(shi)踐中，各廠家在(zai)數控機床主軸(zhou)控制配置上采(cǎi)取的策略都是(shi)滿㊙️足使用要求(qiu)情況下盡量😄降(jiang)低配置。主軸采(cai)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(yòng)數控系統輸出(chu)模拟量電壓作(zuò)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(gòng)正反轉信号，從(cóng)而控制電機♋實(shí)現正反轉。串行(háng)主軸控制指的(de)是在主軸控制(zhi)系統中采用交(jiāo)流主軸驅動器(qì)來實現主軸控(kòng)制的方式，如 FANUC-0iC/D 系(xi) 統 一 般 配 置 專(zhuan) 用 的FANUC交流伺服(fú)驅動器及伺服(fu)電機實現主軸(zhóu)串行控制。串行(hang)主軸🌈不僅能較(jiào)好地實現速度(du)控制，而且可通(tong)過 CNC實現主軸定(ding)向準停、定位和(he) Cs軸等位置控制(zhì)功能。對比這兩(liǎng)種主軸控制方(fang)式可見，串行主(zhu)軸控制方式較(jiào)通用變頻器主(zhǔ)軸控制方式 功(gong)能強大、配置高(gao)。由🌐于交流主軸(zhóu)驅動💛器及配⛹🏻‍♀️套(tào)的專用電機成(cheng)本較高，因此造(zào)成了數控機床(chuang)整機成本也相(xiang)對較高。生産實(shí)際中，很多經濟(jì)型數控機床主(zhu)軸都采用通用(yòng)變頻器調速🈲或(huo)專用變頻器調(diao)速方式，以降低(di)成本。本文主要(yào)介紹主軸采用(yong)通🍉用變頻器調(diao)速方式時的調(diao)試方法。

1.數控機(jī)床主軸通用變(biàn)頻調速控制

數(shu)控機床主軸采(cai)用通用變頻調(diao)速控制方式時(shí)，典型🏃‍♂️的硬件配(pèi)置為數控裝置(zhì)、通用變頻器及(jí)普通三相異步(bu)電動機♈。在主軸(zhóu)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(tī)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(zhuan)控制通過PMC程序(xu)來實現。

1.1變頻調(diao)速控制硬件接(jiē)線圖

本文以配(pei)備 FANUC-0imateMD 系統的亞龍(long)559數控裝調實訓(xun)設備為例來🔅進(jin)行介紹。其主軸(zhou)采用通用變頻(pin)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(jī)。L1、L2、L3 端 子 經 交 流 接(jiē) 觸 器KM、低壓斷路(lù)器 QF4接入電源。S1、S2端(duan)子分别通過中(zhōng)間繼電器 KA5、KA6 的 常(cháng)開觸點接🏃🏻 至 公(gōng)共端子SC，KA5、KA6常開觸(chu)點不🛀🏻能同時閉(bi)合，它們分别控(kòng)制電機正、反轉(zhuǎn)。A1、AC 端子接至數控(kòng)系統的JA40接口，接(jiē)收來自數控系(xì)🙇‍♀️統的模拟量信(xin)号以控制主軸(zhóu)的轉㊙️速，模拟量(liang)一般為0V～10V 的電壓(yā)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(shì)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(tóng)，其 PMC 梯🐉形圖☎️程序(xu)也有所不同。圖(tú)2為配備 FANUC-0imateMD 數控系(xì)統的亞龍559數控(kong)銑床的模拟量(liang)主軸控制 PMC 梯形(xing)圖程💛序。為便于(yu)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(rú)表1所示。梯形圖(tu)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(kong)制數控機床主(zhǔ)軸進行正反轉(zhuan);R0100.0中間信号表示(shì)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(xing)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(kāi)關必須選擇“手(shǒu)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(zhǐ)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(zhun)停信号，對于通(tōng)用變頻調🏃速而(ér) 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(yu)M04常閉觸點構成(chéng)了正、反轉互鎖(suǒ)保護信号，X0002.5與 M05常(cháng)閉觸點為停止(zhi)信号，當手動操(cao)作停止或程序(xù)指令中遇到 M05指(zhǐ)令時，PMC程序無輸(shu)出信号，主軸停(ting)止 轉♉動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信号為(wéi)主軸正反轉的(de)中間🛀🏻輸出信号(hào)，将其🥵常開觸點(dian)接至實際的輸(shu)出 Y0005.5、Y0005.6，即可實現電(diàn)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(su)控制系統在硬(yìng)件接線、PMC程序編(bian)輯完成的情況(kuang)✊下，還需正确設(shè)置數控系統參(cān)數與變頻器參(cān)數才能保證主(zhǔ)軸正确運轉。數(shu)控系統參數設(she)定時，一部分參(can)數可以直接查(cha)閱系🈚統參數手(shǒu)冊直接設🔞定，但(dàn)也有個别參數(shu)需要進行計算(suàn)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(cān)👄數3730、漂移調整3731兩(liang)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(shu)的計算

FS-0iD系統中(zhong)參數3731為模拟量(liàng)輸出時的漂移(yi)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(zhí)，參👉數設✨定範㊙️圍(wéi)為 -1　024～1　024。在模拟量控(kòng)制時，當主軸轉(zhuǎn)速為S0時，其對應(yīng)💃的模拟量輸出(chu)🈲電壓在理論上(shàng)應為0V，但經萬用(yòng)表檢查發現實(shí)際輸出電壓通(tong)常大于或小于(yú)0V，此時，則需設置(zhì)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(wéi)模拟量輸出時(shí)的增益調整參(cān)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(bìng)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(she) 定 值 範 圍 為 700～1　250，單(dan)♋位為0.1%。當設定值(zhí)為1　000時，較高轉速(sù)Smax所對應的模拟(nǐ)量輸🈲出為10V。如果(guo)實際值大于或(huo)小于10V，可改變3730參(cān)數調整增益值(zhí)，使較高轉速Smax所(suo)對應的模拟🌏量(liang)輸出盡量接近(jìn)于10V。3730參數設定值(zhi)可按下式計算(suan)：

本文數控機床(chuang)配置 FANUC-0imateMD 系統，主軸(zhóu)為通用變頻調(diao)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(yí)和增益參數設(she)定前、後主軸在(zai)不同轉速時所(suǒ)對應的🏃‍♀️頻率及(ji)實測電壓值。由(yóu)表3可知，當3730、3731參數(shu)設定值均為0，主(zhǔ)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(diàn)壓為-0.048V。先進行漂(piāo)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(wéi)1　400r/min時實測的模拟(ni)量輸出電壓為(wéi)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(jìn)去再進行增益(yi)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(shù)

模拟量輸出的(de)漂移特性曲線(xiàn)如圖3所示，調整(zheng)漂移參數可改(gai)變轉速S0所對應(yīng)的電壓輸出值(zhi)，使特性曲🚩線上(shàng)下平🤟移。本🙇‍♀️例中(zhong)漂移參數設定(ding)為0時，實測S0轉速(sù)對應電🍉壓為-0.048V，特(tè)性曲線為負向(xiang)漂移曲⛹🏻‍♀️線。經計(ji)算和設定漂移(yí)參數後，再🛀🏻次實(shi)測漂移電壓為(wéi)-0.002V，基本接近于0V，特(te)性曲線基本接(jiē)近理想特性曲(qǔ)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(shu)可💃改變較大轉(zhuǎn)速所對應的模(mó)拟量電壓輸出(chū)值，使特性曲線(xian)的斜率㊙️發生變(bian)化。本例中增益(yì)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(jīng)計算、設定增益(yi)參數後，再次💚實(shi)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(jiè)紹了數控機床(chuáng)主軸通用變頻(pin)調速方式的🆚硬(ying)件接線、PMC梯形圖(tú)程序設計及系(xi)統參數設定方(fāng)法👌。在完成主軸(zhóu)控制功⛹🏻‍♀️能的情(qíng)況下，為了使主(zhu)軸系統性能達(da)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(hào)進行了反複實(shi)測，并經過漂移(yi)、增益調整參數(shu)的計算、設定及(ji)實際測量，使主(zhu)軸速度輸出特(te)性達到理想狀(zhuàng)态。為廣大數控(kong)機床維修維護(hù)人員提供了通(tong)俗易懂的變頻(pín)主軸系統安裝(zhuāng)、調試及維修指(zhǐ)導方法。