西(xī)安數控機(jī)床主軸控(kong)制系統根(gēn)據機床性(xìng)能一般有(you)變頻控制(zhì)與串行❌控(kong)制✔️兩種方(fāng)式，如經濟(jì)型數控機(ji)床主軸控(kòng)制💔通常采(cǎi)用變頻💔調(diao)速控制;數(shù)控銑、加工(gōng)中心主軸(zhóu)控🔴制通常(cháng)采用交流(liu)主軸驅動(dong)器來實現(xian)👄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(lue)都是滿足(zu)使用要求(qiu)情況下盡(jìn)量降低配(pèi)置。主軸采(cǎi)用通用變(biàn)頻器調速(su)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(qì)速度控制(zhì)信号，通過(guo)數控系統(tong) PMC 程序為變(bian)頻器提供(gong)正反🔆轉信(xìn)号，從而控(kòng)制電機實(shi)現正反轉(zhuǎn)。串行主軸(zhóu)控制指🐅的(de)是在主軸(zhou)控制系統(tǒng)中采用交(jiao)流主軸驅(qū)動器來🍓實(shí)現主軸控(kong)制的方式(shì)，如 FANUC-0iC/D 系 統 一(yi) 般 配 置 專(zhuan) 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(háng)控制。串行(háng)主軸不僅(jǐn)能較好地(di)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(deng)位置控制(zhì)功能。對比(bi)這兩種主(zhu)軸控制方(fāng)式可見，串(chuàn)行主軸控(kong)制方式較(jiào)通用變頻(pín)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(ji)配套的專(zhuan)用電機成(cheng)本較高，因(yin)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(duō)經濟型數(shù)控機床主(zhu)軸都采用(yòng)通用變頻(pín)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(shao)主軸采用(yong)通📐用🥰變頻(pin)器調速方(fāng)式時的調(diao)試方法。

1.數(shu)控機床主(zhu)軸通用變(bian)頻調速控(kong)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(zhì)、通用變頻(pín)器及普通(tong)三相異步(bù)電㊙️動機✨。在(zài)主✊軸調試(shi)時，首先應(ying)正确完成(cheng)變頻器與(yǔ)🔴電機及數(shù)控裝置的(de)硬件接線(xiàn)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼;其次是完(wan)成主軸控(kong)制PMC梯形圖(tú)程序的設(she)計及輸入(ru)。主軸的速(sù)度控制通(tong)過數控系(xì)統的模拟(ni)量輸出電(diàn)壓實現，正(zheng)反轉控制(zhì)通過PMC程序(xu)來實現。

1.1變(bian)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(bei)為例來進(jin)🔴行介紹。其(qi)主軸采用(yòng)通用變頻(pin)器調速控(kòng)制，選用的(de)變頻器型(xing)号為歐姆(mu)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(diàn)動機。L1、L2、L3 端 子(zǐ) 經 交 流 接(jie) 觸 器KM、低壓(ya)斷路器 QF4接(jiē)入電📞源。S1、S2端(duān)子分别通(tōng)過中🏃‍♀️間繼(jì)電器 KA5、KA6 的🔆 常(cháng)開觸點接(jie) 至 公共端(duān)子✉️SC，KA5、KA6常開觸(chù)點不能同(tong)時閉合，它(ta)們分别控(kòng)制電機正(zheng)、反轉。A1、AC 端子(zi)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(ni)量信⭐号以(yǐ)控制主軸(zhóu)的轉🧑🏽‍🤝‍🧑🏻速，模(mó)拟量一般(ban)為0V～10V 的電壓(yā)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(kong)機床主軸(zhóu)正、反轉是(shi)通過 PMC 梯形(xing)圖程序進(jìn)行控制💰的(de)，根據❗主軸(zhóu)控制方式(shi)(如模拟量(liang)控制和串(chuàn)行控制方(fāng)式)的不同(tong)👨‍❤️‍👨，其 PMC 梯形圖(tú)程序也有(you)所不同。圖(tú)2為配😍備 FANUC-0imateMD 數(shù)控系統的(de)🈚亞龍559數控(kong)銑床的模(mó)拟量主軸(zhóu)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(xíng)圖程序，現(xiàn)将輸入、輸(shū)出進行說(shuō)明，如表1所(suo)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(zhi)機床主軸(zhou)進行正反(fǎn)💰轉;第三、四(si)行表示利(li)用加工編(biān)程程序指(zhi)令控制數(shù)控🐅機🔞床主(zhu)軸進行正(zheng)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(zhuan)按鍵進行(háng)主軸控制(zhi)時，工作方(fāng)式選擇開(kāi)關必須選(xuan)擇“手動”或(huò)“手輪✔️”工作(zuò)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(mian)闆上的複(fu)位按鍵來(lai)實現系統(tong)複位操作(zuo);M19為主軸準(zhun)停信🌈号，對(duì)于通用變(bian)頻調速而(er) 言，該信💃🏻号(hao)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(lìng)中遇到 M05指(zhǐ)令時⭐，PMC程序(xu)無輸出信(xin)号，主軸停(tíng)止 轉動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信(xìn)号為主軸(zhóu)正反轉的(de)中間輸出(chu)信号，将其(qí)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(quān)的實際控(kòng)制。

圖2　數控(kong)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(tong)參數設置(zhi)

主軸調速(su)控制系統(tong)在硬件接(jiē)線、PMC程序編(biān)輯完成的(de)情況下，還(hai)♉需⭐正确設(she)置數控系(xi)統參數與(yǔ)變頻器參(can)🚩數才能保(bǎo)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(you)個别參數(shù)需要進行(hang)計算後才(cai)能設定。

2.1設(she)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(zhi)方式時，除(chú)了增益調(diao)整參數3730、漂(piāo)移調🔞整3731兩(liǎng)個參數需(xu)要計算後(hou)才能設定(dìng)外，其餘參(can)數設定💜如(rú)表2所示。

2.2　增(zēng)益及漂移(yí)參數的計(jì)算

FS-0iD系統中(zhōng)參數3731為模(mó)拟量輸出(chū)時的漂移(yi)調整參數(shù)，其功能♈是(shì)改變🙇🏻S0轉速(su)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(zài)模拟量控(kòng)制時，當主(zhu)軸轉速為(wéi)S0時，其對應(yīng)🔱的模拟量(liang)輸出電壓(yā)在理論上(shang)應為0V，但經(jing)萬用表檢(jiǎn)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(shù)，使輸出👈電(dian)壓盡量接(jiē)近于0V。

3731參數(shu)設定值可(kě)按下式計(jì)算：

表2　主軸(zhou)控制系統(tǒng)參數設置(zhi)

FS-0iD系統中參(cān)數3730為模拟(ni)量輸出時(shí)的增益調(diào)整參數，該(gai)參數可改(gǎi)變較高主(zhǔ)軸轉速Smax所(suǒ)對應的模(mo)拟量輸出(chū)值，并改變(bian)輸出電壓(ya)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(dān)位為0.1%。當設(shè)定值為1　000時(shi)🐪，較高轉速(su)Smax所對應的(de)🧡模拟量輸(shū)出為10V。如果(guǒ)實際值大(da)于或小于(yu)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(mó)拟量💔輸出(chū)盡量接近(jin)于10V。3730參數設(she)定值可按(an)下式計算(suàn)：

本文數控(kong)機床配置(zhi) FANUC-0imateMD 系統，主軸(zhóu)為通用變(bian)頻調速系(xì)👈統🤩。為了優(you)化🌂主軸性(xìng)能，必須計(jì)算和設定(ding)漂移、增益(yi)♍調整參數(shù)。表3為漂移(yí)㊙️和增益參(cān)數設定前(qián)、後主軸在(zai)不同轉速(sù)時所對應(ying)的頻率及(ji)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(zhuan)💛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(wei)-0.048V。先進行漂(piāo)移參數計(jì)算，可得漂(piao)移參數值(zhi)3731=26，因為漂移(yi)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(lì)，即較高轉(zhuǎn)速🧡為1　400r/min時實(shí)測的模拟(nǐ)♌量輸出電(dian)壓為9.93V，包含(hán)了-0.048V 的漂移(yí)電壓，所以(yi)在計算增(zēng)益調整參(cān)數時，必須(xu)将漂移電(diàn)🐕壓考慮進(jìn)去再進🔴行(háng)增益參數(shu)計算，較終(zhōng)💁計算得增(zēng)😄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(xiàn)如圖3所示(shi)，調整漂移(yi)參數可改(gai)變♻️轉速S0所(suǒ)對應的電(diàn)壓輸出值(zhí)，使特性曲(qǔ)🈲線上🌂下平(píng)移。本例中(zhong)漂移參數(shù)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(xiàng)漂移曲線(xian)。經計算和(hé)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(jin)💘于0V，特性曲(qǔ)線基本接(jiē)近理想特(te)性曲線。

模(mo)拟量輸出(chu)增益調整(zhěng)特性曲線(xian)如圖4所示(shì)，調整增益(yì)參數可改(gai)變較大轉(zhuan)速所對應(yīng)的模拟量(liàng)電壓輸出(chū)值♋，使特性(xing)曲🌈線的🈲斜(xié)率發生變(bian)化。本例中(zhōng)增益參數(shù)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(zeng)益過小。經(jing)計算、設定(dìng)增益參數(shù)後，再次實(shí)測較大轉(zhuan)速對應電(diàn)壓變為10V，增(zeng)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(su)方式的硬(yìng)件接線、PMC梯(tī)形圖程序(xu)設計及系(xì)統參數設(she)定方法🔴。在(zai)完成主軸(zhóu)控制功⛷️能(néng)的情況下(xià)，為了使主(zhu)軸系統性(xing)能達到理(lǐ)想狀态，利(lì)用萬用表(biǎo)㊙️對主軸不(bú)同速度輸(shū)出時對應(yīng)的模拟量(liang)電壓信号(hào)進行了反(fan)複實測，并(bìng)經過漂移(yi)、增益調🤞整(zhěng)參數的計(ji)算、設定及(jí)實際測量(liang)，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(xiu)維護人員(yuán)提供了通(tōng)俗易懂的(de)變頻主軸(zhóu)系統安裝(zhuang)、調試及維(wéi)修指導方(fāng)法。