西安數控機(jī)床主軸控制系(xì)統根據機床性(xìng)能一般有變頻(pin)控制與串行🔱控(kong)制👣兩種方式，如(ru)經濟型數控機(jī)床主軸控制通(tong)常采用變頻調(diào)速控制;數控銑(xi)、加工中心主軸(zhou)控制通常采用(yong)交🏃🏻‍♂️流主軸驅動(dòng)器來實現主軸(zhóu)串行控制。在生(sheng)産實踐中，各廠(chǎng)家在數控機床(chuang)主軸控制配📞置(zhì)上采取的策略(luè)都是滿足使用(yong)要求情況下盡(jìn)量♊降低配置。主(zhǔ)軸采用通用變(bian)頻器調速時隻(zhī)能💛進行簡單的(de)速度控制🌍，它是(shì)利用數控系統(tǒng)輸出模拟量🔱電(diàn)壓作為變頻器(qi)速度控制信号(hào)，通過數控系統(tong) PMC 程序為變頻器(qì)提供正反轉信(xìn)号，從而控制電(dian)機♋實現♉正反轉(zhuan)。串行主軸🙇🏻控制(zhi)指的是在主軸(zhou)控📐制系統中👅采(cai)用交流主軸驅(qu)動器來實現主(zhǔ)軸控制的方式(shì)，如😘 FANUC-0iC/D 系 統 一 般 配(pei) 置 專 用 的FANUC交流(liu)伺服🔞驅動器及(ji)伺服電😍機實現(xian)主🔞軸串行控制(zhì)。串行主軸不僅(jin)能較好地實現(xian)速度控制，而且(qiě)可通過 CNC實現主(zhǔ)軸定向準停、定(dìng)位和 Cs軸等位置(zhì)控制功🌈能。對比(bi)這兩種主軸控(kòng)制方式可見，串(chuàn)行主軸控制方(fang)式較通用變頻(pín)器👣主軸控制🏃🏻方(fang)式 功能強大、配(pèi)置高。由于交流(liú)主軸驅動器及(ji)配套的專用電(diàn)機成本較高，因(yīn)此造成了❗數控(kòng)機床整📧機成本(ben)也相對較高。生(shēng)産實際中，很多(duō)經濟型數🚩控機(jī)床主軸都采用(yong)通用變頻器調(diào)速或專用變頻(pin)器調速方式，以(yi)降低成本。本文(wen)主要介紹主軸(zhou)💛采用通用變頻(pín)器調速方式時(shi)的調試方法。

1.數(shu)控機床主軸通(tong)用變頻調速控(kong)制

數控機床主(zhu)軸采用通用變(bian)頻調速控制方(fang)式時，典型的硬(ying)件配置為數控(kòng)裝置、通用變頻(pin)器及普通三相(xiàng)異♈步電動機🚩。在(zai)主軸調🥰試時，首(shǒu)先應正确完成(cheng)變頻器與👣電機(jī)及數控裝置的(de)硬件接線;其次(ci)是完成主軸控(kòng)制🍓PMC梯形圖程序(xù)的設計及輸入(rù)。主軸的速度控(kòng)制通過數控系(xì)統的模拟量輸(shū)出電壓實現，正(zhèng)反轉控制通過(guo)PMC程序來實現。

1.1變(biàn)頻調速控制硬(ying)件接線圖

本文(wen)以配備 FANUC-0imateMD 系統的(de)亞龍559數控裝調(diao)實訓設備為例(lì)🏒來進🎯行介⁉️紹。其(qi)主軸采用通用(yong)變頻器調速控(kòng)制，選用的🔆變頻(pín)器型号為🏃‍♀️歐姆(mǔ)龍G3JZ，其硬件接線(xiàn)如圖1所示。變頻(pin)器的 U、V、W 端子直接(jiē)接三相異步電(diàn)動👌機。L1、L2、L3 端 子 經 交(jiao) 流 接 觸 器KM、低壓(yā)斷路器 QF4接入電(dian)源。S1、S2端子分📱别通(tōng)過中👌間繼電器(qì) KA5、KA6 的 常開觸點接(jiē) 至 公共端子SC，KA5、KA6常(cháng)開觸點不👈能同(tóng)時閉合，它們分(fen)别控制電機正(zheng)、反轉。A1、AC 端子接至(zhi)數控系統的JA40接(jiē)口，接收來自數(shù)控系統的模拟(nǐ)量信号以控制(zhì)主軸的轉☎️速，模(mó)拟量一般為0V～10V 的(de)🏃‍♀️電壓信号。

圖1　變頻器(qì)硬件接線圖

1.2變(biàn)頻調速控制梯(tī)形圖程序

數控(kòng)機床主軸正、反(fan)轉是通過 PMC 梯形(xing)圖程序進行控(kong)制的，根據主軸(zhou)控制方式(如模(mó)拟量控制和串(chuan)行控制方式)的(de)不同，其 PMC 梯形圖(tú)😍程序也有所不(bú)同。圖2為配備 FANUC-0imateMD 數(shu)控系統的亞龍(lóng)559數控銑床的模(mó)拟量主軸控制(zhì)🌈 PMC 梯形圖程序。為(wei)便于分析識讀(dú)主軸控制 PMC 梯形(xing)圖程序，現将輸(shū)入、輸出進行說(shuō)明，如表1所示。梯(ti)形圖程序中，第(di)一、二行🙇🏻表示通(tōng)過數控機♻️床操(cāo)作面闆上的正(zhèng)反轉按鍵控制(zhì)機床主軸❄️進行(hang)正反轉;第三、四(sì)行表示利用加(jiā)工編程程序指(zhǐ)令控制數控機(ji)床主軸進行正(zheng)反轉;R0100.0中間信号(hào)表示數控機床(chuáng)工作方式選擇(ze)中的“手動”、“手輪(lun)”工作方式。觀察(chá) PMC 梯形圖程序可(ke)知，通過數控機(jī)床操作面闆上(shang)的正反轉按鍵(jian)進行主軸控制(zhi)時，工作方式選(xuǎn)擇開‼️關必須選(xuan)擇“手動”或“手輪(lun)”工作方式，使 R0100.0 中(zhong)間信号為 1;RST信号(hao)為複位信🐇号，其(qí)地址🔞為 F1.1，通過數(shù)控系統操作面(miàn)闆上的複位按(àn)鍵來實🤟現系統(tong)複位操作;M19為主(zhu)✨軸準停信号，對(dui)于通用變頻調(diào)速而 言，該信号(hào)無實際意⛱️義;串(chuàn)聯 于 程 序 中 的(de) X0002.4 與 X0002.7、M03 與M04常閉觸點(dian)構成了正、反轉(zhuǎn)互鎖保護信号(hao)，X0002.5與 M05常閉觸點為(wéi)停止信号，當手(shǒu)💚動操作停止或(huò)程序指令中遇(yu)♉到 M05指令時，PMC程序(xu)無輸出信号㊙️，主(zhu)軸停止 轉🔴動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信(xìn)号👨‍❤️‍👨為主軸正反(fan)轉的中間輸出(chu)信号，将其常開(kai)觸點接至實際(jì)的輸出 Y0005.5、Y0005.6，即可實(shí)現電路中👨‍❤️‍👨線圈(quan)的實際控制。

圖2　數控(kòng)銑床主軸控制(zhi)

PMC梯形圖表1　輸入(rù)、輸出信号及含(hán)義表1。

2.數控系統(tǒng)參數設置

主軸(zhóu)調速控制系統(tong)在硬件接線、PMC程(cheng)序編輯完成的(de)情況下，還需正(zheng)确設置數控系(xi)統參數與變頻(pín)器參數才能保(bǎo)證主軸正确運(yun)轉。數控系統參(cān)數設定時🥰，一部(bù)分參數可以直(zhí)接查閱系統參(cān)數手冊直接設(shè)定，但也有個别(bié)參數需要進行(hang)計算後才能設(she)定。

2.1設置主軸控(kong)制系統參數

FANUC-0imateMD系(xì)統采用模拟量(liang)主軸控制方式(shì)時，除了增益調(diào)整參數3730、漂移調(diào)整3731兩個參數需(xū)要計算後才能(neng)設定外，其餘參(cān)數設定如表♌2所(suo)示。

2.2　增益及漂移(yi)參數的計算

FS-0iD系(xi)統中參數3731為模(mo)拟量輸出時的(de)漂移調整參數(shù)，其功能是改變(bian)S0轉速所對應的(de)模拟量電壓輸(shū)出值，參數設定(ding)範圍為 -1　024～1　024。在模拟(nǐ)量控制時，當主(zhǔ)軸轉速為S0時，其(qí)對應的模拟量(liang)輸出電壓在理(lǐ)論上應為0V，但經(jing)萬用表檢查發(fa)現實際🌈輸出電(diàn)壓通常大于㊙️或(huò)小于0V，此時，則需(xū)設置3731參數，使輸(shu)出電壓盡量接(jie)近于0V。

3731參數設定(ding)值可按下式計(ji)算：

表2　主軸控制(zhi)系統參數設置(zhi)

FS-0iD系統中參(cān)數3730為模拟量輸(shū)出時的增益調(diào)整參數，該參數(shù)✌️可改🌈變較高主(zhǔ)軸轉速Smax所對應(ying)的模拟量輸出(chu)值，并☎️改變輸出(chu)🚩電壓和轉速的(de)比例。參數3730以 百(bǎi) 分 率💰 的 形 式🎯 設(shè) 定，設 定 值 範 圍(wéi) 為 700～1　250，單位為0.1%。當設(shè)定值為1　000時，較高(gao)轉速Smax所對應的(de)模拟量輸🙇‍♀️出為(wéi)10V。如果實際值大(da)🔞于或小于10V，可改(gai)變3730參數調整增(zeng)益值，使較高轉(zhuan)速Smax所對應的模(mo)拟量輸出盡量(liàng)接近于10V。3730參數設(shè)定值可按下式(shì)計算：

本文數控(kòng)機床配置 FANUC-0imateMD 系統(tong)，主軸為通用變(biàn)頻調速系統。為(wei)了優化主軸性(xìng)能，必須計算和(he)設定漂移、增益(yi)調整參數。表3為(wéi)🔱漂移和增益參(can)數設定前、後主(zhǔ)軸在不同轉速(su)時所🏒對應的頻(pín)率及實測電壓(ya)值。由表3可🈲知，當(dāng)3730、3731參數設定值均(jun)♋為0，主軸轉速為(wei)S0時，變頻器輸出(chū)頻率值為0，利用(yòng)萬用表實測輸(shū)出電壓🐆為-0.048V。先進(jin)行漂移參數計(ji)算，可得漂移參(can)數值🌍3731=26，因為漂移(yi)将同時影❓響較(jiao)高轉🙇🏻速Smax對應的(de)輸出電壓。以表(biǎo)㊙️3為例，即較高轉(zhuǎn)速🍉為1　400r/min時實測的(de)模拟量輸出電(diàn)壓為9.93V，包☁️含了-0.048V 的(de)漂移電壓，所以(yǐ)在計算增益調(diao)整參數時，必須(xu)将漂移電壓考(kǎo)慮進去再進行(háng)增益參數計算(suàn)，較終計算得增(zēng)益參數值3730=1011。

表3　設(she)置增益及漂移(yí)參數

模拟量輸(shū)出的漂移特性(xìng)曲線如圖3所示(shì)，調整漂移參數(shu)可㊙️改變🏃‍♂️轉速S0所(suo)對應的電壓輸(shu)出值，使特性曲(qu)線上下平🈲移。本(běn)例中漂移參數(shu)設定為0時，實測(ce)S0轉速🍉對應電壓(ya)為-0.048V，特性曲線為(wei)負向漂移曲線(xiàn)。經計算和設定(ding)漂移參數後，再(zai)🚩次實測漂移電(dian)壓為-0.002V，基本接近(jin)于0V，特性曲線基(jī)本接近理想特(te)性曲線。

模拟量(liang)輸出增益調整(zheng)特性曲線如圖(tú)4所示，調整增益(yì)參數可改變較(jiao)大轉速所對應(ying)的模拟量電壓(yā)輸出值，使特性(xìng)曲💛線的🔴斜率發(fā)生變化。本例中(zhōng)增益參數設定(ding)為0時，實測較大(da)轉速對應的電(diàn)壓為9.93V，可見特性(xing)曲線為增益過(guo)小。經計算、設定(ding)增益參數後，再(zai)次實測較大轉(zhuǎn)速對應電壓變(bian)為10V，增益特性變(bian)為理想特性曲(qǔ)線。

3.結語

本文詳(xiáng)細介紹了數控(kong)機床主軸通用(yong)變頻調速方式(shi)💛的硬件☀️接線、PMC梯(ti)形圖程序設計(ji)及系統參數設(shè)定方法。在完成(cheng)主軸控制功能(néng)的情況下，為了(le)使主軸系統性(xìng)❤️能達到理想狀(zhuang)态，利用萬用表(biao)對主軸不同速(sù)度輸出時對應(yīng)的模拟量電⭕壓(ya)信号進行了反(fǎn)複實測，并經過(guo)漂移、增益調整(zhěng)參數的計㊙️算、設(shè)定及實際測量(liang)，使主軸👣速度輸(shū)出特性🏃達到理(lǐ)想狀态。為廣大(da)數控機床維修(xiu)維護人員提供(gong)了通俗易懂的(de)變頻主軸系統(tǒng)安裝、調試及維(wei)修指導方法。