西(xi)安數控(kong)機床主(zhǔ)軸控制(zhi)系統根(gen)據機床(chuáng)性能一(yi)般有變(bian)頻控制(zhi)與串行(háng)控制兩(liǎng)種方式(shì)，如經濟(jì)型數控(kòng)機床主(zhǔ)軸控制(zhi)通常采(cǎi)用變頻(pín)調速控(kòng)制;數控(kong)銑、加工(gōng)中心主(zhǔ)軸控制(zhi)通常采(cǎi)用交流(liu)主軸驅(qū)動器來(lái)實現主(zhǔ)軸串行(hang)控制。在(zai)生産實(shí)踐中，各(gè)廠家在(zài)數控機(ji)床主軸(zhóu)控制配(pèi)置上采(cai)取的策(cè)略都是(shì)滿足使(shǐ)用要求(qiú)情況下(xia)盡量❤️降(jiang)低配置(zhi)。主軸📞采(cai)用通用(yòng)變頻🔆器(qi)調速時(shi)隻能進(jin)行簡單(dān)的速🥰度(du)控制🌂，它(ta)是利用(yong)數控系(xi)統輸出(chū)模拟量(liang)電🥵壓作(zuo)為變頻(pín)器速度(du)控制信(xìn)号，通過(guò)數控系(xì)統 PMC 程序(xu)為變頻(pin)器提供(gong)正反轉(zhuǎn)信号，從(cong)而控制(zhi)電機實(shí)現正反(fan)轉。串行(hang)主軸控(kòng)制指的(de)是在主(zhu)軸控💛制(zhi)系統中(zhong)采用交(jiāo)流主㊙️軸(zhóu)驅動器(qi)來實現(xiàn)主軸控(kòng)制的方(fang)式，如 FANUC-0iC/D 系(xì) 統 一 般(bān) 配 置 專(zhuān) 用 的FANUC交(jiāo)💜流伺服(fú)驅動器(qì)及伺服(fu)電機實(shí)現主🏃‍♀️軸(zhou)串行控(kong)制。串行(háng)主軸不(bú)僅能較(jiao)好地實(shi)🌍現速度(dù)控制，而(er)🔴且可通(tong)過 CNC實現(xian)主軸定(ding)向準停(ting)、定位和(hé) Cs軸等位(wei)置控制(zhì)功能。對(duì)比這兩(liang)種主軸(zhou)控制方(fang)式可見(jiàn)，串行主(zhǔ)軸控制(zhì)方式較(jiao)通用變(bian)頻器主(zhu)軸控制(zhi)🏒方式 功(gong)能強大(da)、配置高(gāo)。由于交(jiao)流主軸(zhóu)驅動器(qi)及配👈套(tào)的專用(yong)電機成(chéng)本🌈較高(gao)，因此造(zao)成了數(shu)控機🏃🏻‍♂️床(chuáng)整機成(chéng)本也相(xiang)對較高(gāo)。生産實(shi)🔞際中，很(hěn)多經濟(ji)型數控(kòng)機床主(zhǔ)軸都采(cǎi)用通🐆用(yong)變頻器(qì)調速或(huo)專用變(biàn)頻器調(diao)速方式(shi)，以降低(dī)成本。本(běn)文主🤞要(yao)介紹主(zhu)軸采用(yong)通用變(bian)頻器調(diao)速方式(shì)時的調(diao)試方法(fǎ)。

1.數控機(ji)床主軸(zhóu)通用變(bian)頻調速(sù)控制

數(shu)控機床(chuang)主軸采(cai)用通用(yong)變頻調(diao)速控制(zhì)方式時(shi)，典💃🏻型♉的(de)硬件配(pei)✊置為數(shu)控裝置(zhi)、通用變(biàn)頻器及(jí)普通三(sān)相異步(bù)電動機(jī)。在主軸(zhóu)調試時(shi)，首先應(ying)正确完(wán)成變頻(pín)器與❄️電(diàn)機及數(shu)控裝置(zhi)的硬件(jian)接線;其(qi)次是完(wan)成主軸(zhou)控制PMC梯(ti)形圖程(cheng)序的設(shè)計及輸(shu)入。主📱軸(zhou)的速度(du)控制通(tōng)過數控(kòng)系統的(de)模🤞拟量(liang)輸出電(diàn)壓實現(xian)，正反轉(zhuǎn)控制通(tōng)過PMC程序(xu)來實現(xiàn)。

1.1變頻調(diao)速控制(zhì)硬件接(jie)線圖

本(ben)文以配(pèi)備 FANUC-0imateMD 系統(tong)的亞龍(lóng)559數控裝(zhuāng)調實訓(xùn)設備為(wéi)例🔞來進(jin)行介紹(shao)。其主軸(zhóu)采用通(tōng)用變頻(pín)器調速(sù)控制，選(xuan)✔️用的變(biàn)頻😄器型(xing)🌈号為👄歐(ōu)姆💃龍G3JZ，其(qí)硬件接(jiē)線如圖(tú)1所示。變(biàn)頻器的(de) U、V、W 端子直(zhi)接接三(san)相異步(bu)電動機(ji)。L1、L2、L3 端 子 經(jīng) 交 流 接(jie) 觸 器KM、低(dī)壓斷路(lù)器 QF4接入(rù)電源。S1、S2端(duan)子分别(bié)通過中(zhōng)間繼電(dian)器 KA5、KA6 的 常(cháng)開觸點(dian)接 至 公(gong)共端子(zi)SC，KA5、KA6常開觸(chu)點不能(néng)同時閉(bi)合🔆，它們(men)分别控(kong)制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)。A1、AC 端子接(jie)至數控(kòng)系統的(de)JA40接口，接(jie)收來自(zì)數控系(xì)🔞統的模(mo)拟量信(xin)号以控(kong)制主軸(zhóu)的轉速(su)，模拟量(liang)一般為(wéi)0V～10V 的電壓(ya)信号。

圖1　變頻(pin)器硬件(jiàn)接線圖(tú)

1.2變頻調(diao)速控制(zhì)梯形圖(tu)程序

數(shu)控機床(chuang)主軸正(zhèng)、反轉是(shì)通過 PMC 梯(tī)形圖程(chéng)序進行(háng)控♌制㊙️的(de)，根據主(zhǔ)軸控制(zhì)方式(如(ru)模拟量(liang)控制和(hé)串行控(kong)制方式(shi))的不同(tong)，其 PMC 梯形(xing)圖程序(xu)也有所(suǒ)不同。圖(tu)2為配備(bei) FANUC-0imateMD 數控系(xì)統的☂️亞(ya)龍559數👈控(kòng)銑床的(de)模拟量(liàng)主軸控(kòng)制 PMC 梯形(xíng)圖程序(xù)。為便于(yu)🐅分析識(shí)讀主軸(zhou)控制 PMC 梯(tī)形圖程(chéng)序，現将(jiāng)輸入、輸(shū)出進行(háng)說明，如(ru)表1所示(shì)。梯形圖(tú)程序💁中(zhōng)，第一、二(èr)行表♋示(shi)通過數(shu)控機床(chuáng)操作面(mian)闆上🌍的(de)正反轉(zhuan)按鍵控(kong)制機床(chuáng)主軸進(jin)行正反(fan)🈲轉;第三(san)、四行表(biǎo)示利用(yong)加工編(biān)程程📞序(xù)指令控(kong)制數控(kòng)機床主(zhǔ)軸進行(háng)正反轉(zhuan);R0100.0中間信(xin)号表示(shi)數控🏃🏻機(jī)床工作(zuò)方式選(xuan)擇🚶中的(de)“手動”、“手(shou)輪”工作(zuò)方式。觀(guan)察 PMC 梯形(xing)圖程序(xù)可知，通(tōng)👈過數控(kòng)機床操(cāo)作面闆(pǎn)上🔞的正(zheng)反轉按(an)鍵進行(hang)主軸控(kòng)制時，工(gong)作方式(shi)選擇開(kai)關必須(xu)選擇“手(shou)動”或“手(shǒu)輪”工作(zuò)方式，使(shǐ) R0100.0 中間信(xin)号為 1;RST信(xin)号為✉️複(fú)位信号(hao)，其地址(zhǐ)㊙️為 F1.1，通過(guo)數控系(xi)統操作(zuo)面闆上(shàng)的複位(wèi)按鍵來(lai)實現系(xì)統複位(wei)操作;M19為(wei)主軸準(zhǔn)停信号(hào)，對于通(tong)用變頻(pin)調速而(er) 言，該信(xin)号無實(shí)際意義(yì);串聯 于(yu) 程 序 中(zhong) 的 X0002.4 與 X0002.7、M03 與(yu)🤟M04常閉觸(chu)點構成(chéng)了正、反(fǎn)轉互鎖(suǒ)👅保護信(xin)号，X0002.5與 M05常(cháng)閉觸點(diǎn)為停止(zhi)信号，當(dang)手動操(cāo)作停止(zhi)或程序(xu)指令中(zhōng)遇到 M05指(zhi)令時，PMC程(cheng)序無輸(shū)出信号(hao)，主軸停(tíng)止 轉動(dòng);R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信号為(wei)㊙️主軸正(zhèng)反轉的(de)中間輸(shu)出信号(hao)，将其常(chang)開觸點(diǎn)接至實(shí)際的輸(shu)出 Y0005.5、Y0005.6，即可(ke)實現電(diàn)路中線(xian)圈的實(shí)際控制(zhì)。

圖2　數(shù)控銑床(chuang)主軸控(kong)制

PMC梯形(xing)圖表1　輸(shū)入、輸出(chū)信号及(ji)含義表(biao)1。

2.數控系(xì)統參數(shù)設置

主(zhu)軸調速(sù)控制系(xì)統在硬(ying)件接線(xiàn)、PMC程序編(biān)輯完成(chéng)的情況(kuàng)💚下，還需(xu)正确設(shè)置數控(kòng)系統參(can)數與變(biàn)頻器參(can)數才能(neng)保🐪證主(zhu)軸正确(que)運轉。數(shù)控系統(tǒng)參數設(shè)定時，一(yi)部分參(cān)數可以(yi)直接💘查(cha)閱系統(tǒng)參數手(shou)冊直接(jie)設定，但(dan)也有個(ge)别參數(shù)需要進(jin)行👌計算(suàn)後才能(neng)設定。

2.1設(she)置主軸(zhou)控制系(xi)統參數(shu)

FANUC-0imateMD系統采(cai)用模拟(ni)量主軸(zhóu)控制方(fang)式時，除(chú)了增益(yì)調整參(can)數3730、漂移(yi)調整3731兩(liang)個參數(shù)需要計(jì)算後才(cai)能設定(ding)外，其餘(yu)參數設(shè)定如表(biao)2所示。

2.2　增(zēng)益及漂(piāo)移參數(shu)的計算(suàn)

FS-0iD系統中(zhōng)參數3731為(wéi)模拟量(liàng)輸出時(shí)的漂移(yí)調整參(cān)數，其功(gōng)能是改(gǎi)變S0轉速(sù)所對應(yīng)的模拟(nǐ)量電壓(ya)輸出值(zhi)，參數設(shè)定範圍(wei)為 -1　024～1　024。在模(mo)拟量控(kòng)制時，當(dang)主軸轉(zhuǎn)速為S0時(shí)，其對應(yīng)的模拟(nǐ)量輸出(chū)電壓在(zai)👨‍❤️‍👨理論上(shàng)🙇🏻應為0V，但(dàn)經萬用(yong)表檢查(cha)發現實(shí)際輸出(chu)電壓通(tong)常大于(yú)或小于(yu)0V，此時，則(ze)需設置(zhi)☁️3731參數，使(shi)輸出電(diàn)壓盡量(liang)接近于(yu)0V。

3731參數設(shè)定值可(ke)按下式(shi)計算：

表(biǎo)2　主軸控(kong)制系統(tong)參數設(she)置

FS-0iD系統中(zhōng)參數3730為(wei)模拟量(liàng)輸出時(shi)的增益(yi)調整參(can)數，該參(can)數🍓可改(gǎi)變較高(gāo)主軸轉(zhuan)速Smax所對(duì)應的模(mó)拟量輸(shū)出值，并(bing)改變輸(shu)出電壓(yā)和轉🌈速(sù)的比例(lì)。參數3730以(yi) 百 分 率(lǜ) 的 形 式(shi) 設 定，設(she) 定 值 範(fan) 圍 為 700～1　250，單(dān)🈲位為0.1%。當(dāng)設定值(zhi)為1　000時，較(jiào)高轉速(sù)♊Smax所對應(ying)的模拟(nǐ)量輸出(chū)為10V。如果(guo)實際值(zhí)大🌐于或(huò)小于10V，可(ke)💔改變3730參(cān)數調🔴整(zhěng)增益值(zhi)，使較高(gāo)轉速Smax所(suǒ)對應的(de)模拟量(liang)輸出盡(jin)量接近(jin)🏒于10V。3730參數(shu)設定值(zhi)可按下(xià)式計算(suàn)：

本文數(shù)控機床(chuang)配置 FANUC-0imateMD 系(xì)統，主軸(zhóu)為通用(yòng)變頻調(diao)速系㊙️統(tong)。為了優(yōu)化主軸(zhou)性能，必(bì)須計算(suàn)和設定(ding)漂移、增(zēng)益調整(zhěng)✂️參數。表(biao)3為漂移(yí)和增益(yì)參數設(she)定前、後(hou)主軸在(zai)✊不同轉(zhuan)速時所(suo)對應的(de)頻率及(jí)實測電(diàn)壓值。由(yóu)表3可知(zhi)，當3730、3731參數(shu)設定值(zhí)均為0，主(zhu)軸轉速(sù)為S0時，變(biàn)💔頻器輸(shu)出頻率(lü)值為0，利(li)用萬用(yòng)表實測(ce)輸出電(diàn)壓為-0.048V。先(xian)進行漂(piao)移參數(shù)計算，可(ke)得漂移(yí)參數值(zhi)3731=26，因為漂(piao)移将同(tóng)㊙️時影❤️響(xiǎng)較高轉(zhuan)速Smax對應(yīng)的輸出(chu)🈲電壓。以(yi)表3為例(lì)，即較高(gao)轉速㊙️為(wei)1　400r/min時實測(ce)的模拟(ni)量輸出(chu)電壓為(wéi)9.93V，包含了(le)-0.048V 的漂移(yí)🆚電壓，所(suǒ)以在計(ji)算增益(yì)調整參(can)🔞數時，必(bì)須将漂(piao)移電壓(ya)考慮進(jin)去再進(jin)行增益(yi)參數計(jì)算，較終(zhōng)計算得(dé)增🎯益參(cān)數值3730=1011。

表(biǎo)3　設置增(zēng)益及漂(piāo)移參數(shu)

模拟量(liang)輸出的(de)漂移特(tè)性曲線(xian)如圖3所(suǒ)示，調整(zhěng)漂移🔆參(can)數可改(gǎi)㊙️變轉速(sù)S0所對應(ying)的電壓(yā)輸出值(zhí)，使特性(xing)曲㊙️線上(shang)⭐下平移(yí)。本例中(zhong)😄漂移參(can)數設定(ding)為0時，實(shi)測S0轉速(sù)☔對應電(dian)壓為-0.048V，特(tè)性曲線(xian)⛹🏻‍♀️為負向(xiàng)⛷️漂移曲(qǔ)🔴線。經計(jì)算和設(she)定漂移(yi)🥰參數後(hòu)，再次實(shi)測漂移(yí)電壓為(wei)-0.002V，基本接(jie)近✨于0V，特(te)性曲線(xiàn)基本接(jie)近理想(xiang)特性曲(qu)線。

模拟(ni)量輸出(chū)增益調(diao)整特性(xìng)曲線如(rú)圖4所示(shi)，調整增(zeng)益參數(shu)💘可💰改變(biàn)較大轉(zhuǎn)速所對(duì)應的模(mo)拟量電(dian)壓輸出(chū)值，使特(te)性曲🔞線(xian)的斜率(lǜ)發生變(biàn)化。本例(lì)中增益(yì)參👈數設(shè)定為0時(shí)，實測較(jiào)大♊轉速(sù)對應的(de)電壓為(wéi)9.93V，可見特(te)性曲線(xian)為增益(yì)過小。經(jīng)計算、設(she)定增益(yì)參數後(hòu)，再次🏃🏻實(shí)測較大(dà)轉速對(duì)應電壓(ya)變為10V，增(zeng)益特性(xìng)變為理(lǐ)想特性(xing)曲線。

3.結(jié)語

本文(wén)詳細介(jiè)紹了數(shu)控機床(chuáng)主軸通(tong)用變頻(pin)調速方(fang)式的硬(ying)件接🔞線(xian)、PMC梯形圖(tu)程序設(shè)計及系(xì)統參數(shu)設定方(fāng)法🈲。在完(wan)成主軸(zhóu)控制功(gōng)能的情(qing)況下，為(wei)了使主(zhǔ)軸系統(tong)性能達(da)到☁️理想(xiang)狀🐪态，利(lì)用萬用(yòng)表對主(zhǔ)軸不同(tong)速度輸(shu)出時對(dui)應的模(mo)拟量電(dian)壓信号(hào)進行了(le)反複實(shi)測，并經(jing)過漂移(yi)、增益調(diào)整參數(shù)的計算(suàn)、設定及(jí)實際測(ce)量，使主(zhǔ)軸速度(dù)輸出特(te)性達到(dào)理想狀(zhuàng)态。為廣(guǎng)大數控(kong)機🚩床維(wei)修維護(hù)人員提(tí)供了通(tong)俗易懂(dǒng)的變頻(pin)主軸系(xi)統安裝(zhuang)、調試及(ji)維修指(zhi)導方法(fǎ)。