西安數控(kòng)機床主軸控(kòng)制系統根據(ju)機床性能一(yī)般有變頻控(kong)制與串行控(kòng)制兩種方式(shi)，如經濟型數(shu)控機床主軸(zhóu)控制🔅通常采(cǎi)用變頻調速(sù)控制;數控銑(xǐ)、加工中心主(zhǔ)軸控制通常(cháng)采用交流主(zhǔ)軸驅動器來(lái)實現主軸串(chuan)行控制。在生(sheng)産實踐中，各(ge)👉廠家在數控(kong)機床主軸控(kong)制配置上采(cǎi)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(qi)調速時隻能(neng)進行簡單的(de)速度控制，它(ta)是利用數控(kòng)系統輸出模(mó)拟量👨‍❤️‍👨電壓作(zuo)為變頻器速(sù)度控制信号(hào)，通過數控系(xi)統 PMC 程序為變(biàn)頻器提供正(zheng)反轉信号，從(cóng)而控制電機(ji)實現正反轉(zhuan)。串行主軸💜控(kong)制指的是在(zai)主軸控制系(xì)統中采用交(jiao)流主💁軸驅動(dòng)器來實🐕現主(zhǔ)軸控制的方(fāng)式，如 FANUC-0iC/D 系 統💘 一(yi) 般 配 置 專 用(yong) 的FANUC交流伺服(fú)驅動器及伺(sì)服電機實現(xian)主軸串行控(kong)制。串行主軸(zhou)不僅☎️能較好(hǎo)地實現速度(dù)控制，而🔆且可(ke)🍓通過 CNC實現主(zhǔ)軸定向準停(ting)、定位和 Cs軸等(děng)位置控制功(gōng)能。對比這兩(liǎng)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(gōng)能強大、配置(zhì)高。由于交流(liu)主軸驅動器(qì)及配👨‍❤️‍👨套的專(zhuān)用電機成本(ben)較高，因此造(zào)成了數控機(jī)床整機成本(ben)也相對較高(gao)。生産實👌際中(zhōng)，很多經👅濟型(xing)數控機床主(zhǔ)軸都采用通(tōng)用變頻器調(diao)速或專用變(biàn)頻器調速方(fāng)式，以🌏降低成(cheng)本。本文主㊙️要(yao)介紹主軸采(cǎi)用通用變頻(pin)器調速方式(shì)時的調試方(fang)法。

1.數控機床(chuang)主軸通用變(biàn)頻調速控制(zhì)

數控機床主(zhǔ)軸采用通用(yòng)變頻調速控(kòng)制方式時，典(dian)型的硬件配(pei)置為數控裝(zhuāng)置、通用變頻(pín)器及普通三(sān)相異步電動(dòng)機。在主軸調(diao)試時，首先應(ying)正确完成變(biàn)頻器與電機(jī)及🐪數控裝置(zhi)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(ru)。主軸的速度(dù)😍控制通過數(shù)控系統的模(mo)拟量輸出電(dian)壓實現，正反(fan)轉控制通過(guo)PMC程序來實現(xiàn)。

1.1變頻調速控(kòng)制硬件接線(xian)圖

本文以配(pèi)備 FANUC-0imateMD 系統的亞(ya)龍559數控裝調(diào)實訓設備為(wei)例來進行介(jie)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻紹♻️。其主軸采(cai)用通用變頻(pín)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(jiē)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(qi) QF4接入電源。S1、S2端(duān)子分💛别通過(guo)中間繼電器(qi) KA5、KA6 的 常開觸點(dian)接 至 公共端(duān)子SC，KA5、KA6常開觸點(dian)不✍️能同時閉(bi)合🍉，它們分别(bié)控制電機正(zhèng)、反轉。A1、AC 端子接(jie)至數控系統(tǒng)的JA40接口🈲，接收(shōu)來自數控系(xi)統的模拟量(liang)信号以控制(zhì)主軸的轉✊速(su)，模拟量一般(ban)為0V～10V 的電壓信(xìn)号。

圖1　變頻(pín)器硬件接線(xiàn)圖

1.2變頻調速(su)控制梯形圖(tu)程序

數控機(jī)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(zhi)方式(如模拟(nǐ)量控制和串(chuàn)行控🆚制方🈲式(shi))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(zhóu)控制 PMC 梯形圖(tu)程序。為便于(yú)分析識讀主(zhu)軸控制 PMC 梯形(xing)圖程序，現将(jiang)輸入、輸出進(jin)行說明，如表(biǎo)1所示⁉️。梯形圖(tu)程序中，第一(yī)、二行表示通(tong)過數控機床(chuáng)操作面闆上(shang)的正🥵反轉按(àn)鍵控制機床(chuang)主軸💜進行正(zheng)反轉;第三、四(sì)行表示利用(yong)加工編程程(cheng)序指令控制(zhì)數控機床主(zhǔ)軸進行正反(fǎn)轉㊙️;R0100.0中間信号(hào)表示數控機(ji)床工作方式(shi)選擇中的“手(shǒu)動”、“手輪”工作(zuò)方式。觀察 PMC 梯(tī)形圖程序可(kě)知，通過數控(kòng)機床操作面(miàn)闆上的正反(fan)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(huò)“手輪♊”工作方(fang)式🔅，使 R0100.0 中間信(xin)号為 1;RST信号為(wei)複位信📧号，其(qi)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(fu)位操作;M19為主(zhǔ)軸準停信号(hào)，對于通用變(biàn)頻調速而 言(yan)，該信号無實(shí)際意義;串聯(lian) 于 程 序 中 的(de) X0002.4 與 X0002.7、M03 與M04常閉觸(chu)點構🔱成了正(zheng)、反轉互鎖🚶‍♀️保(bǎo)護信号，X0002.5與 M05常(cháng)閉觸點為停(tíng)止信号，當手(shǒu)動操作停止(zhi)或程序指令(lìng)中遇🌏到 M05指令(lìng)時，PMC程序無輸(shu)出信号，主軸(zhou)停止 轉動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信(xìn)号為主軸正(zheng)反轉的中間(jian)輸出信号，将(jiāng)其常開觸點(diǎn)接至💔實際的(de)輸出 Y0005.5、Y0005.6，即可實(shí)現電路中線(xian)圈的實際控(kong)制。

圖2　數控(kong)銑床主軸控(kong)制

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

2.數控系統參(can)數設置

主軸(zhou)調速控制系(xì)統在硬件接(jie)線、PMC程序編輯(ji)完成的情況(kuang)下，還需正确(què)設置數控系(xì)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(shu)設定時，一部(bù)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(can)數需要進行(háng)計算後才🏃🏻‍♂️能(neng)設定。

2.1設置主(zhǔ)軸控制系統(tǒng)參數

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

2.2　增益及(jí)漂移參數的(de)計算

FS-0iD系統中(zhōng)參數3731為模拟(ni)量輸出時的(de)漂移調整參(can)數，其⚽功📱能💯是(shi)改🌏變S0轉速所(suǒ)對應的模拟(nǐ)量電壓輸出(chū)值，參數設定(ding)範圍為 -1　024～1　024。在模(mo)拟量控制時(shi)，當主軸轉速(sù)為S0時，其對應(yīng)的模拟量輸(shū)出♌電壓在理(lǐ)論上應為0V，但(dàn)經萬用表檢(jian)查發現實際(jì)輸出電壓通(tōng)常大于🥰或小(xiao)于0V，此時，則需(xū)設置😘3731參數，使(shǐ)輸出電壓盡(jin)量接近于0V。

3731參(cān)數設定值可(kě)按下式計算(suan)：

表2　主軸控制(zhi)系統參數設(she)置

FS-0iD系統中參(cān)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(ying)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(she) 定，設🏃‍♂️ 定 值 範(fan) 圍 為 700～1　250，單位為(wei)0.1%。當設定值為(wéi)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(zhi)大于或小于(yú)10V，可改變3730參數(shu)調整增益值(zhi)，使較高轉速(su)Smax所對應的模(mó)拟量輸出盡(jin)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(ji)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(she)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(zai)不同轉速時(shí)所對應的頻(pin)率及實測電(diàn)壓值。由表3可(kě)知，當3730、3731參數設(shè)定值均為0，主(zhǔ)軸轉速為S0時(shí)，變⛷️頻器輸出(chū)頻率值為0，利(lì)用萬用表實(shi)🤩測輸出電壓(yā)為-0.048V。先進行漂(piao)移參數計算(suan)，可得漂移參(can)數值🛀🏻3731=26，因為漂(piāo)移将同時影(ying)響較高轉速(su)Smax對應的輸出(chū)電壓。以表3為(wéi)例，即較高轉(zhuan)速為1　400r/min時實測(ce)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(zai)計算增益調(diao)整參數時，必(bì)須将漂🧡移電(dian)💚壓考慮進去(qu)再進行增益(yì)🌐參數計算，較(jiao)終計算得增(zēng)☔益參數值3730=1011。

表(biǎo)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(suǒ)對應的電壓(ya)輸出值，使特(tè)性曲線上下(xia)平移。本例中(zhong)漂移參數設(shè)定為0時，實測(ce)S0轉速㊙️對應電(diàn)壓為-0.048V，特性曲(qǔ)線為負向漂(piao)移曲線。經計(jì)算和⭕設定漂(piāo)移參數後，再(zài)次實測漂移(yí)電壓為-0.002V，基本(ben)接近于0V，特性(xing)曲線💘基本接(jiē)近理想特性(xing)曲線。

模拟量(liang)輸出增益調(diao)整特性曲線(xian)如圖4所示，調(diao)整增益參數(shù)可改變較大(da)轉速所對應(yīng)的模拟量電(diàn)壓輸出值，使(shi)特性曲線的(de)斜率發生變(biàn)化。本例中增(zeng)益參⭐數設定(ding)為0時，實測較(jiào)大轉速對應(yīng)的電壓為9.93V，可(ke)見特性曲線(xiàn)為🚶‍♀️增益過小(xiǎo)。經計算、設定(dìng)增益參數後(hou)，再次🛀🏻實測較(jiao)大轉🌈速對應(ying)電壓🌈變為10V，增(zeng)益特🔱性變為(wéi)理想特性曲(qǔ)線。

3.結語

本文(wen)詳細介紹了(le)數控機床主(zhu)軸通用變頻(pín)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(zhǔ)軸不同速度(du)輸出時對應(ying)的模拟量電(diàn)壓信号進🙇🏻行(háng)了反複實測(ce)，并經過漂移(yi)、增益調整參(cān)數的計算、設(shè)定及實📧際測(cè)量，使主軸速(sù)度輸出特性(xing)♌達到理想狀(zhuàng)态。為廣大數(shù)控機床維修(xiu)維護人員提(ti)供了通俗易(yi)懂的變頻主(zhǔ)軸系統安裝(zhuang)、調試及維修(xiū)指導方法。