西安數控(kong)機床主軸控(kòng)制系統根據(ju)機床性能一(yi)般有變頻控(kong)制與串行控(kòng)🐉制兩種方式(shì)，如經濟型數(shù)控機床主軸(zhou)控制通常采(cǎi)用變頻調速(su)控制;數控銑(xǐ)、加工中心主(zhu)軸控🤞制通常(chang)采用交流主(zhu)軸驅動器來(lái)實現主軸串(chuàn)行控制。在生(shēng)産實踐中，各(gè)廠家在數🚶控(kòng)機床主軸控(kòng)制配置上采(cai)取的策略都(dou)是滿足使用(yong)要求情況下(xia)盡量降低配(pei)置。主軸采用(yong)通用變頻器(qì)調速時隻能(néng)進行簡單的(de)速度控制，它(tā)是利用數控(kòng)系統輸出模(mo)拟量🤞電壓作(zuo)為變頻器速(su)度控制信号(hào)，通過☂️數控系(xi)統 PMC 程序為變(biàn)頻器提供正(zhèng)反轉信号，從(cong)而控制電機(jī)實現正反轉(zhuan)。串行主軸控(kong)制指的是在(zài)主軸控制系(xì)統中👨‍❤️‍👨采用交(jiao)流主軸驅動(dòng)器來實現主(zhu)軸控制的方(fāng)式，如 FANUC-0iC/D 系 統 一(yi) 般 配 置 專 用(yòng) 的FANUC交流伺服(fú)驅動器及伺(si)服電🌈機實現(xiàn)主軸串行控(kòng)制。串行主軸(zhóu)不僅💁能較好(hao)地實現速度(du)控制，而且可(ke)通過 CNC實現主(zhu)軸定向準停(tíng)、定🥰位🌈和 Cs軸等(deng)位置控制功(gong)❓能。對比這兩(liang)種主軸控制(zhì)方式可見✏️，串(chuàn)行主軸控制(zhì)方式較通用(yòng)變頻器主軸(zhou)控制方式 功(gong)能強大、配置(zhi)高。由于交流(liu)主軸驅動🧡器(qì)及配套的專(zhuan)用電機成本(ben)較高，因此造(zào)成了🥰數控機(jī)床整機成本(běn)也💯相對較高(gāo)。生産實際中(zhong)，很多經濟型(xing)數控機床主(zhu)軸都采用通(tōng)用變頻器調(diao)速或專用變(bian)頻器調速方(fang)式，以降低成(cheng)本。本文主要(yào)介紹主軸采(cai)用通用變頻(pin)器調速方式(shì)時的調試方(fāng)法。

1.數控機床(chuáng)主軸通用變(biàn)頻調速控制(zhi)

數控機床主(zhǔ)軸采用通用(yong)變頻調速控(kong)制方式時，典(diǎn)型♊的硬件配(pei)置為數控裝(zhuang)置、通用變頻(pín)器及普通三(sān)相異步電動(dong)機。在主軸調(diào)試時，首先應(yīng)正确完成變(biàn)頻器與電機(ji)及數控裝置(zhì)的硬件接線(xian);其次是完成(chéng)主軸控制PMC梯(ti)形圖程序的(de)設計及輸入(rù)。主軸的速度(du)控制通過數(shù)控系統的模(mo)拟量輸出電(diàn)❗壓實現，正反(fǎn)轉控制通過(guo)PMC程序來實現(xian)。

1.1變頻調速控(kong)制硬件接線(xian)圖

本文以配(pèi)備 FANUC-0imateMD 系統的亞(yà)龍559數控裝調(diào)實訓設備為(wéi)例📧來進行介(jie)紹🔴。其主軸采(cǎi)用通用變頻(pin)器調速控制(zhì)，選用的變頻(pín)器型号為歐(ōu)姆龍G3JZ，其硬件(jian)接線如圖1所(suo)示。變頻器的(de) U、V、W 端子直接接(jie)👅三相異步電(diàn)動機。L1、L2、L3 端 子 經(jīng) 交 流 接 觸 器(qì)KM、低壓斷路器(qì) QF4接入電源。S1、S2端(duān)子分别通過(guo)中🔅間繼電器(qì) KA5、KA6 的 常開觸點(diǎn)接🐆 至 公共端(duān)子SC，KA5、KA6常開觸點(diǎn)不🌍能同時閉(bi)合，它們分别(bié)控制電機正(zheng)、反轉。A1、AC 端子接(jie)至數控系統(tong)的JA40接口🏃，接收(shou)來自數控系(xì)統的模拟量(liàng)信号以控制(zhi)主軸的轉🈲速(sù)，模拟量一般(ban)為0V～10V 的電壓信(xin)号。

圖1　變頻(pín)器硬件接線(xiàn)圖

1.2變頻調速(sù)控制梯形圖(tú)程序

數控機(ji)床主軸正、反(fǎn)轉是通過 PMC 梯(ti)形圖程序進(jin)行控制的，根(gēn)據✂️主🐆軸控制(zhì)方式(如模拟(ni)量控制和串(chuan)行控制方💋式(shì))的不同，其 PMC 梯(tī)形圖♉程序也(ye)有所不同。圖(tu)2為配備 FANUC-0imateMD 數控(kòng)系統的亞龍(lóng)559數控銑床💘的(de)模拟量主軸(zhou)控制 PMC 梯形圖(tú)程序。為便于(yu)🙇‍♀️分析識讀主(zhu)軸控制 PMC 梯形(xíng)圖程序，現将(jiāng)輸入👌、輸出進(jìn)行說明，如表(biǎo)1所示👣。梯形圖(tu)程序中，第一(yī)、二行表示通(tōng)過數控機床(chuáng)操作面闆上(shang)的正☎️反轉按(an)鍵控制機床(chuang)主軸進行正(zhèng)反轉;第三、四(si)行表示利用(yong)加工編程程(chéng)序指令控制(zhi)數控機床主(zhu)軸進行正反(fǎn)轉;R0100.0中間信号(hao)表🔞示數控機(jī)床工作方式(shi)選擇💚中的“手(shou)動”、“手輪”工作(zuo)方式。觀察 PMC 梯(tī)形圖程序可(kě)知，通🙇‍♀️過數控(kòng)機床操作面(mian)闆上💛的⛹🏻‍♀️正反(fǎn)轉按鍵進行(hang)主軸控制時(shí)，工作方式選(xuǎn)擇開關必👈須(xū)選擇“手動”或(huo)“手輪”工作方(fāng)式，使 R0100.0 中間信(xìn)号為 1;RST信号為(wei)複位信号，其(qí)地址為 F1.1，通過(guò)數控系統操(cao)作面闆上的(de)複位按鍵來(lai)實現‼️系統複(fú)位操作;M19為主(zhǔ)軸準停信号(hao)，對于🚶通用變(biàn)頻調速而🚩 言(yán)，該信号無實(shi)際意義;串聯(lian) 于 程 序💔 中 的(de) X0002.4 與 X0002.7、M03 與M04常閉觸(chù)點構成了正(zhèng)、反轉互鎖保(bǎo)護信号，X0002.5與 M05常(cháng)閉觸點為停(ting)止信号，當手(shǒu)💞動操作停止(zhǐ)或程序指令(ling)中遇到 M05指令(lìng)時，PMC程序無輸(shū)出信号，主軸(zhóu)停止 轉動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信(xin)号為‼️主軸正(zheng)反轉的中間(jiān)輸出信号，将(jiang)其常開觸點(diǎn)接至✨實際的(de)輸出 Y0005.5、Y0005.6，即可實(shi)現電路中線(xian)圈的實際✉️控(kong)制。

圖2　數控(kòng)銑床主軸控(kòng)制

PMC梯形圖表(biao)1　輸入、輸出信(xin)号及含義表(biao)1。

2.數控系統參(can)數設置

主軸(zhóu)調速控制系(xi)統在硬件接(jiē)線、PMC程序編輯(ji)完成的情況(kuang)下，還需正确(que)設置數控系(xi)統參數與變(biàn)頻器參數才(cái)😘能保證主🔞軸(zhou)正确運轉。數(shù)控系統參數(shù)設定時，一部(bu)分參數可以(yi)直接查閱系(xi)統參數手冊(ce)直接設定，但(dan)也有個别參(cān)數需要進行(hang)計算後才能(néng)設定。

2.1設置主(zhǔ)軸控制系統(tǒng)參數

FANUC-0imateMD系統采(cai)用模拟量主(zhǔ)軸控制方式(shì)時，除了增益(yi)調整參💃數3730、漂(piāo)移調整3731兩個(ge)參數需要計(ji)算後才能設(she)定外，其餘參(can)數設定如表(biao)2所示。

2.2　增益及(ji)漂移參數的(de)計算

FS-0iD系統中(zhong)參數3731為模拟(nǐ)量輸出時的(de)漂移調整參(can)數，其功能是(shì)改變S0轉速所(suo)對應的模拟(nǐ)量電壓輸出(chū)值，參數設👨‍❤️‍👨定(dìng)範圍為 -1　024～1　024。在模(mó)拟量控制時(shi)，當主軸轉速(sù)為S0時，其對應(ying)的模拟量輸(shū)出電壓在理(li)論上🔞應為0V，但(dan)經萬用表檢(jian)查發現實際(ji)輸出電壓通(tōng)常大于或小(xiǎo)于0V，此時，則需(xū)設置3731參數，使(shǐ)輸出電壓盡(jìn)量接近于0V。

3731參(can)數設定值可(ke)按下式計算(suan)：

表2　主軸控制(zhì)系統參數設(shè)置

FS-0iD系統中參(can)數3730為模拟量(liàng)輸出時的增(zeng)益調整參數(shu)，該參數可改(gai)變較高主軸(zhóu)轉速Smax所對應(yīng)的模拟量輸(shu)出值，并🌈改變(bian)輸出電壓和(he)轉速的比例(lì)。參數3730以 百 分(fen) 率⛱️ 的 形 式 設(shè) 定，設 定 值 範(fan) 圍 為 700～1　250，單位為(wéi)0.1%。當設定值為(wei)1　000時，較高轉速(su)Smax所對應的模(mó)拟量輸出為(wéi)10V。如果實際值(zhí)大👉于或小于(yú)10V，可📐改變3730參數(shù)調整增益值(zhí)，使較高轉速(sù)Smax所對應的模(mo)拟量輸出盡(jìn)量接近于10V。3730參(cān)數設定值☁️可(ke)按下式計算(suan)：

本文數控機(jī)床配置 FANUC-0imateMD 系統(tong)，主軸為通用(yong)變頻調速系(xì)統。為了優化(hua)🐅主軸性能，必(bì)須計算和設(shè)定漂移、增益(yì)🥵調整參數。表(biao)3為🔞漂移和增(zeng)⛷️益參數設定(ding)前、後主軸在(zài)不同轉速時(shí)所對應的頻(pin)率及實測電(dian)壓值。由表3可(kě)🐕知，當3730、3731參數🍉設(she)定值均♋為0，主(zhǔ)軸轉速為S0時(shí)，變頻器輸出(chu)頻率值為0，利(lì)用萬用表實(shí)測輸出電壓(yā)🈲為-0.048V。先進行漂(piāo)移參數計算(suàn)，可得漂移參(can)數值3731=26，因為漂(piao)移将同時影(ying)響較高轉速(sù)Smax對應的輸出(chū)電壓。以表❗3為(wei)例，即較高轉(zhuǎn)💋速為1　400r/min時實測(cè)的模拟量輸(shu)出電壓為9.93V，包(bāo)含了-0.048V 的漂移(yi)電壓，所以在(zài)計算增益調(diào)整參數時，必(bi)須将漂移電(dian)壓考慮進去(qu)再進行增益(yì)☂️參數計算，較(jiào)終計算得增(zēng)益參數值3730=1011。

表(biao)3　設置增益及(ji)漂移參數

模拟量(liàng)輸出的漂移(yi)特性曲線如(rú)圖3所示，調整(zheng)漂移參數可(ke)改變轉速S0所(suo)對應的電壓(yā)輸出值，使特(te)性曲㊙️線上下(xia)平移。本🆚例中(zhong)漂移參數設(shè)定為0時，實測(cè)S0轉速對應電(diàn)壓為-0.048V，特📧性曲(qu)線為負向漂(piāo)移曲線。經計(jì)算和設定漂(piao)移參數後，再(zài)💰次實測漂移(yi)電壓為-0.002V，基本(běn)接近😄于0V，特性(xìng)曲線基本接(jie)近理想特性(xing)曲線。

模拟量(liàng)輸出增益調(diao)整特性曲線(xiàn)如圖4所示，調(diao)整增益參數(shu)可改變較大(dà)轉速所對應(yīng)的模拟量電(diàn)壓輸出值，使(shǐ)特性曲線的(de)斜率發生變(bian)化。本例中增(zēng)益參數設定(dìng)為0時，實測較(jiao)大轉速對應(ying)的電壓為9.93V，可(kě)見特性曲線(xiàn)為增益過小(xiao)。經計算、設定(dìng)增益參數後(hòu)，再次✨實測較(jiào)大轉✉️速對應(yīng)電壓變為10V，增(zeng)益特性變為(wéi)理想特性曲(qu)線。

3.結語

本文(wen)詳細介紹了(le)數控機床主(zhu)軸通用變頻(pin)調速方式的(de)硬🚶‍♀️件接線、PMC梯(ti)形圖程序設(she)計及系統參(can)數設定方法(fǎ)✌️。在完成主🐇軸(zhou)控制功能的(de)情況下，為了(le)使主軸系統(tong)性能達到理(lǐ)想狀态，利用(yong)萬用表🈲對主(zhu)軸不同速度(dù)輸出時對應(yīng)的模拟量電(dian)壓信号進行(hang)了反複🔞實測(ce)，并經過漂移(yí)、增益調整參(cān)數的計算、設(shè)定及實際測(ce)量，使主軸速(sù)度輸出特性(xing)🧡達到理想狀(zhuàng)态。為廣❤️大數(shu)控機床維修(xiū)維護人員提(tí)供了🈲通俗易(yì)懂的變頻主(zhǔ)軸系統安裝(zhuāng)、調🧡試及維修(xiū)指導方法。