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(kòng)制與🏃‍♂️串行🔴控(kòng)制🤞兩種方式(shì)，如經濟型數(shu)控機床主軸(zhou)控制通常采(cai)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(zhǔ)軸驅動器來(lai)實現🔴主軸串(chuan)行控💘制。在生(sheng)産實踐中，各(gè)廠家在數🚩控(kong)機床主⭐軸控(kòng)制配💃🏻置上采(cǎi)取的⛹🏻‍♀️策略都(dou)是滿足使用(yòng)要求情況下(xià)盡量🔞降低配(pèi)置。主軸🔞采用(yong)通用變頻器(qi)調速時隻能(néng)🌈進行簡單的(de)速度控制，它(ta)是利用數控(kong)系🆚統輸出模(mó)拟量電壓作(zuò)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(cong)而控制電機(ji)實現✏️正反轉(zhuǎn)。串行主軸控(kong)制指的是在(zài)主軸控制系(xì)統中采用交(jiāo)流主軸驅動(dòng)器來實現主(zhu)軸控制的方(fang)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(si)服電機實現(xian)主軸串行控(kòng)制。串行主軸(zhóu)不僅🎯能較好(hao)地實現速度(dù)控制，而且可(kě)通過 CNC實現主(zhu)軸定向準停(ting)、定位和 Cs軸等(děng)位置控制功(gōng)能。對比這兩(liang)種主⛷️軸控制(zhì)方式可見，串(chuan)行主❄️軸控制(zhi)方式💃較通用(yòng)變頻器主軸(zhóu)控制方式 功(gong)能強大、配置(zhì)高。由于交流(liu)主軸驅動器(qi)及配套的專(zhuān)用電機成本(běn)較高，因此造(zào)成💘了💰數控機(jī)☔床整💃機成本(ben)也相對較高(gāo)。生産實際中(zhōng)，很多經濟型(xing)數控機床主(zhu)軸都采用通(tong)用變頻器調(diao)速或專用變(bian)頻器㊙️調速方(fang)式，以降低成(chéng)本。本文主要(yao)介紹主軸采(cǎi)用通♻️用⭕變頻(pín)器調速方式(shi)時的調試方(fang)法。

1.數控機床(chuang)主軸通用變(bian)頻調速控制(zhi)

數控機床主(zhǔ)軸采用通用(yòng)變頻調速控(kòng)制方式時，典(diǎn)㊙️型的硬😍件配(pèi)置為數控裝(zhuang)置、通用變頻(pín)器及普通三(san)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(ji)及數控裝置(zhì)的硬件接線(xiàn);其次是完成(chéng)主軸控制PMC梯(tī)形圖程序的(de)設計及輸入(ru)。主軸的速度(dù)⚽控制通過數(shu)控系統的模(mó)拟量輸出電(dian)壓實現，正反(fan)轉控制通過(guo)PMC程序來實現(xian)。

1.1變頻調速控(kòng)制硬件接線(xiàn)圖

本文以配(pei)備 FANUC-0imateMD 系統的亞(ya)龍559數控裝調(diao)實訓設備為(wéi)例來進行介(jiè)紹。其主軸采(cǎi)用通用變頻(pin)器調速控制(zhi)，選用的變頻(pin)器型号為歐(ou)姆龍G3JZ，其硬件(jiàn)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(dian)動♻️機。L1、L2、L3 端 子 經(jīng) 交 流 接 觸 器(qi)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(duan)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(zhèng)、反轉。A1、AC 端子接(jiē)至數控系統(tǒng)的JA40接口，接收(shōu)來⛱️自數控系(xì)統的模拟量(liang)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(xian)圖

1.2變頻調速(su)控制梯形圖(tú)程序

數控機(ji)床主軸正、反(fan)轉是通過 PMC 梯(ti)形圖程序進(jin)行控制的，根(gen)據主軸控制(zhi)方式(如模拟(ni)量控制和串(chuan)行控🥰制方式(shi))的不同，其 PMC 梯(tī)形圖程序也(yě)有所不同。圖(tú)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(yú)❓分析識讀主(zhǔ)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(tú)程序中，第一(yi)、二行表示通(tong)過數控機床(chuang)操作面闆上(shang)的正反轉按(an)鍵控制機🛀🏻床(chuang)主軸進行正(zheng)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(hào)表示數控機(jī)床工作方式(shi)選擇中的“手(shǒu)動”、“手輪”工作(zuo)方式。觀察 PMC 梯(ti)形圖程💘序可(ke)知，通🐇過數控(kòng)機床操作面(mian)闆上的正反(fan)轉按鍵進行(háng)主軸控制❄️時(shi)，工作方式選(xuan)擇開🍓關必須(xu)選擇“手動”或(huò)“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(qi)地址為 F1.1，通過(guo)數控系統操(cao)🏃‍♂️作面闆上的(de)複位按鍵來(lái)實現系統複(fu)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(shí)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(zheng)、反轉☀️互鎖保(bao)護信号，X0002.5與 M05常(chang)閉觸⛷️點為停(tíng)止信号，當手(shou)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(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(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(xiàn)圈的實際控(kong)制。

圖2　數控(kòng)銑床主軸控(kong)制

PMC梯形圖表(biao)1　輸入、輸出信(xin)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(xi)統參數與變(biàn)頻器參數才(cái)能保證主軸(zhóu)正确運轉。數(shu)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(dàn)也有個别參(cān)數需要進行(hang)🌈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(cai)用模拟量主(zhǔ)軸控制方式(shi)時，除了增益(yì)調整👉參數3730、漂(piao)移調🔱整3731兩個(gè)參數需要計(ji)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(ji)漂移參數的(de)計算

FS-0iD系統中(zhong)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(ni)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(su)為S0時，其對應(ying)🐕的模拟量輸(shu)出電壓在理(li)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(shi)輸出電壓盡(jin)量接近于0V。

3731參(cān)數設定值可(ke)按下式計算(suàn)：

表2　主軸控制(zhi)系統參數設(she)置

FS-0iD系統中參(can)數3730為模拟量(liang)輸出時的增(zēng)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(shū)出☀️值，并改變(biàn)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(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(wei)10V。如果實際值(zhi)大🔞于或小于(yú)10V，可改變3730參數(shù)調📱整增益值(zhi)，使較高轉速(sù)Smax所💃對應的模(mó)拟量輸出盡(jìn)量接近于10V。3730參(can)數設定值可(kě)按✍️下式計算(suàn)：

本文數控機(ji)床配置 FANUC-0imateMD 系統(tǒng)，主軸為通用(yòng)變頻調速系(xì)統。為了優化(huà)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(zài)不同轉速時(shí)所對應的頻(pín)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(zhu)軸轉速為S0時(shí)，變頻器輸出(chu)頻率值為0，利(li)😄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(suàn)，可✔️得漂移參(cān)數值3731=26，因為漂(piao)移将同🛀時影(ying)響較高轉速(su)Smax對應的輸出(chu)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(shū)出電壓為9.93V，包(bāo)含了-0.048V 的漂移(yí)電壓，所以在(zài)計算增益調(diao)整參數時，必(bi)須将漂移電(diàn)✂️壓考慮進去(qù)再進🌈行增益(yì)參數計算，較(jiao)終計算得增(zeng)益參數值3730=1011。

表(biǎo)3　設置增益及(jí)漂移參數

模拟量(liàng)輸出的漂移(yí)特性曲線如(rú)圖3所示，調整(zheng)漂移🛀🏻參數可(kě)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(zhōng)漂移參數設(she)定為0時，實測(cè)S0轉速🤟對應電(dian)壓為-0.048V，特性曲(qǔ)線🚩為負向漂(piāo)移曲線。經計(jì)算和設定漂(piao)移參數後，再(zai)🐅次實測漂移(yí)電壓為☀️-0.002V，基本(běn)接近🔴于0V，特性(xing)曲線基本接(jiē)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(shù)可改變較大(dà)轉速所對應(ying)的模拟量電(diàn)壓輸出值，使(shi)特性曲線的(de)😍斜率發生變(bian)化。本例中增(zeng)益參🍉數設定(ding)為0時，實測較(jiao)大轉速對應(yīng)的電壓為9.93V，可(ke)見特性曲線(xian)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(qǔ)線。

3.結語

本文(wén)詳細介紹了(le)數控機床主(zhǔ)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(cān)數設定方法(fa)。在完🔆成主軸(zhou)控制功☂️能的(de)情況下，為了(le)使主軸系統(tǒng)性能達到理(li)想狀态，利用(yòng)✉️萬用表對主(zhǔ)軸不同速度(du)輸出❄️時對應(yīng)的✏️模拟量電(dian)壓信号進行(háng)了反複實測(cè)，并經過漂移(yi)、增益調整參(can)數的計算、設(shè)定及實😘際測(cè)量，使主軸速(su)度輸出特性(xìng)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(zhu)軸系統安裝(zhuang)、調🔅試及維修(xiū)指導方⭐法。