西(xī)安數控機床主(zhǔ)軸控制系統根(gen)據機床性能一(yi)般有變頻控制(zhì)與串行控制兩(liǎng)🏃‍♂️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(kong)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(shí)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(shì)滿足使用要求(qiu)情況下盡量降(jiang)低配置。主軸🐪采(cǎi)用通用變頻器(qì)調速時隻能進(jìn)行簡單的速度(du)控制，它是利用(yòng)數控系統輸出(chū)模拟量電壓作(zuo)為變頻器速度(dù)控制信号，通過(guo)數控系統 PMC 程序(xu)為變頻器提供(gong)正反轉信号，從(cong)而控制電機實(shí)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(qì)來🏃實現主軸控(kong)制的方式，如🐆 FANUC-0iC/D 系(xi) 統 一 般 配 置 專(zhuan) 用 的FANUC交流伺服(fu)驅動器及伺服(fu)電機實現主軸(zhóu)串行控制。串行(háng)主軸不僅能較(jiao)好地實現速度(du)控制，而且可通(tong)過 CNC實現主軸定(dìng)向準停、定位和(he) Cs軸等位置控制(zhi)功能。對比這☁️兩(liǎng)種主軸控制方(fang)式可見，串行主(zhǔ)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(gao)。由🧑🏽‍🤝‍🧑🏻于交流主軸(zhou)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(chuáng)整👈機成本也相(xiàng)對較高。生産實(shí)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(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(ji)床主軸通用變(bian)頻調速控制

數(shù)控機床主軸采(cǎi)用通用變頻調(diào)速控制方式時(shi)，典型的硬件配(pei)置為數控裝置(zhì)、通用變頻器及(ji)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(ti)形圖程序的設(shè)計⭐及輸入。主🏃‍♂️軸(zhóu)的速度📧控制通(tōng)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(jie)線圖

本文以配(pèi)備 FANUC-0imateMD 系統的亞龍(lóng)559數控裝調實訓(xun)設備為例🧡來💋進(jin)☎️行介紹。其主軸(zhóu)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(qí)硬件接線如圖(tú)1所示。變頻器的(de) U、V、W 端子直接接三(sān)相異步電動🌍機(ji)。L1、L2、L3 端 子 經 交 流 接(jiē) 觸 器KM、低壓斷路(lu)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(bì)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(jiē)收來自數控系(xi)統的模拟量信(xìn)🚶号以控制主軸(zhou)的轉🔅速，模拟量(liàng)一般為0V～10V 的電壓(yā)信号。

圖1　變頻器硬件(jiàn)接線圖

1.2變頻調(diao)速控制梯形圖(tu)程序

數控機床(chuang)主軸正、反轉是(shi)通過 PMC 梯形圖程(chéng)序進行控制的(de)，根據✉️主軸控制(zhi)方式(如模拟量(liàng)控制和串行控(kòng)制方🍉式)的♊不同(tong)，其 PMC 梯形圖程序(xù)也有所不同。圖(tú)2為配備 FANUC-0imateMD 數控系(xi)統的亞龍559數控(kong)銑床🍓的模拟量(liang)主軸控制 PMC 梯形(xíng)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(er)行表示通過數(shù)控機床操作面(mian)闆上的正反轉(zhuǎn)按鍵控制機床(chuang)主軸進行正反(fan)⛹🏻‍♀️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(zuo)方式選擇㊙️中的(de)“手動”、“手輪”工作(zuò)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(háng)主軸控制🚶‍♀️時，工(gong)作方式選擇開(kāi)關必須選擇“手(shǒu)動”或“手輪”工作(zuo)方式♍，使 R0100.0 中間信(xin)号為 1;RST信号為複(fú)位信号，其地址(zhǐ)為 F1.1，通過數控系(xi)統操作面闆上(shàng)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(ér) 言，該信号無實(shi)際意義;串聯 于(yú) 程 序🔴 中 的 X0002.4 與 X0002.7、M03 與(yu)🆚M04常閉觸點構🔆成(cheng)了正、反轉互鎖(suǒ)保護信号，X0002.5與💋 M05常(cháng)閉觸💃點為停止(zhǐ)信号，當手動操(cāo)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(tíng)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(hao)，将其常開觸點(diǎn)接至實際的輸(shu)出 Y0005.5、Y0005.6，即可實現電(dian)路中線圈的實(shí)際控制。

圖2　數控銑床(chuang)主軸控制

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

2.數控系統參數(shù)設置

主軸調速(su)控制系統在硬(yìng)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(can)數與變頻器參(can)數才能保💜證主(zhǔ)⭐軸正确運轉。數(shu)控系統參數設(shè)定時，一部分參(can)數可以直接查(chá)閱系統參數手(shou)冊直接設定，但(dan)也有個别參數(shu)需要進行計算(suàn)後才能設定。

2.1設(shè)置主軸控制系(xì)統參數

FANUC-0imateMD系統采(cai)用模拟量主軸(zhóu)控制方式時，除(chu)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(dìng)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(yi)調整參數，其功(gong)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(wéi)為🐪 -1　024～1　024。在模拟量⚽控(kong)制時，當主軸轉(zhuan)速為S0時，其對應(yīng)的模拟量輸出(chu)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(tōng)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(yú)0V。

3731參數設定值可(kě)按下式計算：

表(biao)2　主軸控制系統(tong)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(cān)數，該參數⭕可改(gǎi)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(lì)。參數3730以 百 分 率(lü) 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(zhi)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(huò)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(liang)輸出盡量接近(jin)于10V。3730參數設定值(zhí)可按下式計算(suan)：

本文數控機床(chuáng)配置 FANUC-0imateMD 系統，主軸(zhou)為通用變頻調(diào)速系統。為了優(yōu)化主軸性能，必(bì)須計算和設定(dìng)漂移、增益🏃🏻調整(zheng)參數。表3為🤩漂移(yi)和增益參數設(shè)定前、後主軸在(zài)不同轉速時所(suǒ)對應的頻率及(jí)實測電壓值。由(yóu)表3可知，當3730、3731參數(shù)設定值均✍️為0，主(zhǔ)軸轉🏃速為S0時，變(bian)頻器輸出頻率(lǜ)值為0，利用萬用(yòng)表實測輸出電(dian)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(tong)♈時影響較高轉(zhuan)速Smax對應的輸出(chu)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(piāo)移電壓考慮進(jìn)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(zēng)益及漂移參數(shù)

模拟量輸出的(de)漂移特性曲線(xian)如圖3所示，調整(zheng)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(shàng)下平🆚移。本例中(zhōng)漂移☁️參數設定(ding)為0時，實測S0轉速(sù)對應電壓為-0.048V，特(te)🚶性曲線為負向(xiàng)漂移曲線。經計(ji)算和😍設定漂移(yí)參數後，再次實(shí)測漂移電壓為(wéi)-0.002V，基本接近于0V，特(te)性曲線基本接(jie)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(shi)，調整增益參🤞數(shù)可改變較大轉(zhuan)速所對應的模(mó)拟量電壓輸出(chu)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(shi)，實測較大轉速(sù)對應的電壓為(wéi)9.93V，可見特💃🏻性曲線(xian)為增益過小。經(jīng)計算、設定增益(yì)參數後，再次實(shi)測較大轉速對(dui)應電壓變為10V，增(zēng)益特性變為理(lǐ)想特性曲線。

3.結(jié)語

本文詳細介(jie)紹了數控機床(chuáng)主軸通用變頻(pin)調速方式的硬(yìng)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(qing)況下，為了使主(zhǔ)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(shu)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(jí)實際測量，使主(zhu)軸速度輸出特(tè)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(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。