西安數控(kòng)機床主軸控(kong)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(shì)，如經濟型數(shù)控機床主軸(zhou)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(zhu)軸驅動器來(lái)實現主軸串(chuan)行控制。在生(shēng)産實踐中，各(gè)廠家在數💰控(kong)機床主軸控(kong)制配👌置上采(cai)取的策略都(dōu)是滿足使用(yòng)要求情況下(xia)盡量降低配(pèi)置。主軸🔞采用(yòng)通用變頻☎️器(qi)調速時隻能(neng)❗進行簡單的(de)速度控制💜，它(tā)是利用數控(kong)系統輸出模(mo)拟量電壓作(zuò)為變頻器速(sù)度控制信号(hào)，通過數控系(xì)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(dong)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(si)服電機實現(xiàn)主😘軸串行控(kòng)制。串行主軸(zhou)不僅能較好(hao)地實現速度(du)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(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(zhóu)控制方式 功(gong)能強大、配置(zhi)高。由于交流(liu)主軸驅動器(qi)及配✂️套的專(zhuan)用電機成本(běn)較高，因此造(zao)成了數控機(ji)床整機成本(ben)也🔞相對較高(gao)。生産實際中(zhong)，很多經濟型(xing)數控機床主(zhǔ)軸都采用通(tōng)用變頻器調(diào)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(chuáng)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(dian)型的☀️硬件配(pèi)置為數控裝(zhuāng)置、通用變頻(pin)器及普通三(san)相異步電動(dòng)機。在主軸調(diao)試時，首先應(yīng)正确完成變(biàn)頻器與電機(ji)及數控裝置(zhi)的硬件接線(xian);其次是完成(cheng)主軸控制PMC梯(ti)形圖程序的(de)設計及輸入(rù)。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(fǎn)轉控制通過(guò)✏️PMC程序來實現(xiàn)。

1.1變頻調速控(kòng)制硬件接線(xiàn)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(jiè)紹。其主軸采(cai)用通用變頻(pin)器調速控制(zhì)，選用的變頻(pin)🏒器型号為歐(ōu)姆龍G3JZ，其硬件(jian)接線如圖1所(suǒ)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(duan)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(dian)不能同時閉(bi)合，它們分别(bie)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(zhì)主軸的轉💛速(su)，模拟量一般(bān)為0V～10V 的電壓信(xin)号。

圖1　變頻(pin)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(jìn)行控制的，根(gen)據主軸控制(zhi)方式(如模拟(nǐ)量控制和串(chuàn)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(kong)系統的🙇‍♀️亞龍(long)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(xing)圖程序，現将(jiāng)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(chuang)操作面闆上(shàng)的正反轉按(àn)鍵🌈控制機床(chuáng)主軸進行正(zhèng)反轉;第三、四(sì)行表示利用(yong)加工編程程(chéng)序指令控制(zhì)數控機床主(zhu)軸進行正反(fan)轉;R0100.0中間信号(hao)表示數控機(ji)床工作方式(shì)選擇🆚中的“手(shou)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(miàn)闆上的正反(fǎn)轉按鍵進行(háng)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(fang)式，使 R0100.0 中間信(xin)号為 1;RST信号為(wei)複位信🏃‍♀️号，其(qí)地址為 F1.1，通過(guo)數控系統操(cāo)作面闆上的(de)複位按鍵來(lái)實現🌍系統複(fú)位操作;M19為主(zhu)軸準停信号(hào)，對于通用變(bian)頻調速而 言(yán)，該信号無實(shi)際意義;串聯(lián) 于 程 序 中 的(de) X0002.4 與 X0002.7、M03 與M04常閉觸(chu)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(tíng)止信号，當手(shou)動操作停止(zhi)或程序指令(ling)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(xin)号為主軸正(zheng)反轉的中間(jian)輸出信号，将(jiang)其常開觸點(dian)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(kong)銑床主軸控(kòng)制

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

2.數控系統參(can)數設置

主軸(zhou)調速控制系(xi)統在硬件接(jie)線、PMC程序編輯(jí)完成的情況(kuàng)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(zhou)正确運轉。數(shu)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(dàn)也有個别參(can)數需要進行(háng)計算後才能(néng)設定。

2.1設置主(zhǔ)軸控制系統(tong)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(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(nǐ)量輸出時的(de)漂移調整參(cān)數，其✊功🌈能👈是(shì)改變S0轉速所(suo)對應的模拟(nǐ)量電壓輸出(chu)值，參數設定(ding)範☂️圍為 -1　024～1　024。在模(mo)拟量控制時(shí)，當主軸轉速(su)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(dàn)經萬用表檢(jiǎn)查發現實際(jì)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(cān)數設定值可(kě)按下式計算(suàn)：

表2　主軸控制(zhi)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(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(ying)的模拟量輸(shu)出⁉️值，并改變(bian)輸出電壓和(he)轉速的比例(li)。參數3730以 百 分(fèn) 率 的 形 式 設(she) 定，設 定 值 範(fàn) 圍 為 700～1　250，單👨‍❤️‍👨位為(wéi)0.1%。當設定值為(wéi)1　000時，較高轉速(su)Smax所對應的模(mo)拟量輸出為(wei)10V。如果實際值(zhi)大☀️于或小于(yu)10V，可改變3730參數(shu)調整增益值(zhí)，使較高轉速(su)Smax所對應的模(mó)拟🈲量輸出盡(jìn)量接近🥰于10V。3730參(cān)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(yong)變頻調速系(xi)統。為了優化(hua)主軸性能，必(bi)須計算和設(she)定漂移、增益(yi)調整參數。表(biao)3為漂移和增(zeng)益參數設定(dìng)前、後主軸在(zài)不同轉速時(shí)所對應的頻(pin)率及實測電(diàn)壓值。由表3可(ke)知，當3730、3731參數設(shè)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(lì)用萬用表實(shí)測輸出電壓(ya)☔為-0.048V。先進行漂(piao)移參數計算(suan)🈲，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(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(ce)的模拟量輸(shu)出電壓為9.93V，包(bāo)🙇🏻含了-0.048V 的漂移(yí)電壓，所以在(zai)計算增益♻️調(diao)整參數時，必(bi)須将漂移電(dian)👉壓考慮進去(qù)再進行增益(yi)參數計算，較(jiào)終計算得增(zeng)☁️益參數值3730=1011。

表(biao)3　設置增益及(jí)漂移參數

模拟量(liang)輸出的漂移(yi)特性曲線如(ru)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(yā)輸出值，使特(te)性曲線上💜下(xia)平移。本例中(zhong)漂移參數設(she)定為0時，實測(ce)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(zài)次實測漂移(yi)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(da)轉速所對應(ying)的模拟量電(dian)壓輸出值，使(shǐ)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(ying)的電🌂壓為9.93V，可(kě)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(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(wen)詳細介紹了(le)數控機床主(zhǔ)軸通用變頻(pin)調速方式❗的(de)硬件接🧑🏽‍🤝‍🧑🏻線、PMC梯(tī)形圖程序設(shè)計及系統參(cān)數設定方法(fǎ)🔴。在完✉️成主軸(zhóu)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(háng)了反複實測(ce)，并經過漂移(yí)、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(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(zhuang)、調試及維修(xiū)指導方法。