西(xi)安數控機床主(zhǔ)軸控制系統根(gēn)據機床性能一(yī)般有變頻控制(zhì)與串行⛹🏻‍♀️控制兩(liǎng)種方式，如經濟(ji)型數控機床主(zhu)軸控制👨‍❤️‍👨通常采(cǎi)用變頻調速❌控(kòng)制;數控銑、加工(gōng)中心主軸控制(zhì)通常采用交流(liú)主軸驅動器來(lái)實現㊙️主軸串行(háng)控制。在生産實(shí)踐中，各廠家在(zai)數控機床主‼️軸(zhóu)控制配置上采(cǎi)取的策略都是(shì)滿足使用要求(qiu)情況下盡量♉降(jiàng)低配置。主♻️軸采(cǎi)用通用變頻器(qì)調速時隻能進(jìn)行簡單的速👌度(du)控制💯，它是利用(yong)數控系統輸出(chū)模拟量電😍壓作(zuò)為變頻器速度(dù)控制信号，通過(guò)數控系統 PMC 程☎️序(xu)為變頻器提供(gong)正反📐轉信号，從(cong)而控制電機實(shi)現正反轉。串行(háng)主軸控制指的(de)是在主軸控制(zhi)系統中采用交(jiāo)流主軸驅動器(qì)來實現主軸控(kong)制的方式，如🚩 FANUC-0iC/D 系(xi) 統 一 般 配 置 專(zhuān) 用 的FANUC交流伺服(fú)驅動器及伺服(fú)電機實現主軸(zhóu)串行控制。串行(hang)主軸❓不僅能較(jiào)好地實🛀🏻現速度(dù)控制，而且可通(tōng)過 CNC實現主軸⚽定(dìng)向準停、定位和(he) Cs軸等位置控制(zhì)功♋能。對比這兩(liǎng)種主軸控制方(fāng)式可見，串行主(zhu)軸控制方式❓較(jiao)通用變頻器主(zhǔ)軸控制方式 功(gōng)能強🐪大、配置高(gāo)。由于交流主軸(zhou)驅動器及配套(tao)的專用電機成(chéng)本較高，因此造(zào)成🤩了數控機床(chuáng)整機成本也相(xiàng)對較高。生産實(shí)際中，很多經濟(ji)型數🈲控機床主(zhǔ)軸都采用通用(yòng)變頻器調速或(huo)專用變頻器✊調(diao)速方式，以降低(dī)成本。本文主要(yao)介紹主軸采用(yòng)通用變頻器調(diào)速方式時的調(diao)試方法。

1.數控機(jī)床主軸通用變(bian)頻調速控制

數(shu)控機床主軸采(cai)用通用變頻調(diào)速控制方式時(shi)，典型的硬件配(pei)置為數控裝置(zhi)、通用變頻器及(ji)普通三🤟相異步(bu)電動機。在主軸(zhou)調試時，首先應(ying)正确完成變頻(pín)器與電機及數(shù)控裝置的硬☀️件(jian)接線;其次是完(wan)成主軸控制PMC梯(ti)形圖程序的設(shè)計🏃🏻及輸入。主軸(zhóu)的速度控制通(tōng)過數控系統的(de)模拟量輸出電(diàn)壓實現，正反轉(zhuǎn)控制通過PMC程序(xu)來實現。

1.1變頻調(diao)速控制硬件接(jiē)線圖

本文以配(pèi)備 FANUC-0imateMD 系統的亞龍(long)559數控裝調實訓(xun)設備為例來進(jin)行介紹⭐。其主軸(zhou)采用通用變頻(pín)器調速控制，選(xuan)用的🐅變頻器型(xing)号為歐姆龍G3JZ，其(qí)硬件接線如圖(tú)1所示。變頻器的(de) U、V、W 端子直接接⚽三(san)相異步電動機(jī)。L1、L2、L3 端 子 經 交 流 接(jiē) 觸 器KM、低壓斷路(lù)器 QF4接入電源。S1、S2端(duan)子分别通過中(zhong)間繼電器 KA5、KA6 的 常(cháng)開觸點接 至 公(gong)共端子SC，KA5、KA6常開觸(chu)點不🏃‍♂️能同時閉(bi)合，它們分别控(kòng)制電機正、反轉(zhuan)。A1、AC 端子👅接至數控(kong)系統的JA40接口，接(jie)收來自數控系(xì)統的模拟量信(xin)号♋以控制主軸(zhóu)的轉♊速，模拟量(liàng)一般為🐇0V～10V 的電壓(yā)信号。

圖1　變頻器硬件(jiàn)接線圖

1.2變頻調(diào)速控制梯形圖(tú)程序

數控機床(chuang)主軸正、反轉是(shì)通過 PMC 梯形圖程(chéng)序進行控制💁的(de)🈲，根據主🌈軸控制(zhi)方式(如模拟量(liàng)控制和串行控(kong)制方式)的不同(tóng)，其 PMC 梯形圖程序(xù)也有所不同。圖(tú)2為配備 FANUC-0imateMD 數控系(xì)統的‼️亞龍559數控(kòng)銑床🔅的模拟量(liang)主軸控制💯 PMC 梯形(xíng)圖程🆚序。為便于(yu)分析識讀主軸(zhou)控制 PMC 梯形圖程(chéng)序，現将輸入、輸(shū)出進行說明，如(ru)表1所示🌈。梯形圖(tu)程序🈲中，第一、二(er)行表示通過數(shù)控機床操作面(mian)闆上的正💋反轉(zhuan)按鍵控制機床(chuang)主軸進行正反(fan)轉;第三、四行表(biǎo)示利用加工編(bian)程程序指令控(kong)制數控機床主(zhǔ)軸進行正反轉(zhuan);R0100.0中間信号表示(shì)數控機床工作(zuò)方式選擇✌️中的(de)“手動”、“手輪”工🌈作(zuo)方式。觀察 PMC 梯形(xing)圖程序可知，通(tōng)❌過數控機床操(cao)作面闆上的正(zheng)反轉按鍵進行(hang)主軸💃🏻控制時，工(gong)作方式選擇開(kāi)📧關必須選擇“手(shǒu)動”或“手輪”工作(zuo)方式⛹🏻‍♀️，使 R0100.0 中間信(xin)号為 1;RST信号為複(fu)位🔴信号，其地址(zhǐ)🔱為 F1.1，通過數控系(xi)🛀統操📧作面闆上(shang)的複位按鍵來(lái)實現🛀系統複位(wèi)操作;M19為主軸準(zhun)停信号，對于通(tōng)用變頻調速而(er) 言，該信号無實(shí)際意義;串聯 于(yú) 程 序 中 的 X0002.4 與 X0002.7、M03 與(yu)㊙️M04常閉觸點構✊成(chéng)了正、反轉互鎖(suo)保護信号，X0002.5與 M05常(cháng)閉觸💋點為停止(zhǐ)信号，當手🤞動操(cao)作停止或程✔️序(xù)指令中遇到 M05指(zhi)令時🍓，PMC程序無輸(shū)出信号，主軸停(tíng)止 轉動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信号🤩為(wéi)主軸正反轉的(de)中間輸出信号(hào)，将其常開觸點(dian)接至🌈實際的輸(shu)出💯 Y0005.5、Y0005.6，即可實現電(dian)路中線圈的實(shi)際控制。

圖2　數控銑床(chuáng)主軸控制

PMC梯形(xíng)圖表1　輸入、輸出(chū)信号及含義表(biao)1。

2.數控系統參數(shù)設置

主軸調速(su)控制系統在硬(yìng)件接線、PMC程序編(bian)輯完成的📞情🚶況(kuang)下，還需正确設(shè)置數控系統參(can)數與變頻器參(can)👈數才能保證主(zhǔ)軸正确運轉。數(shu)控系統參數設(she)定時♌，一部分參(cān)數可以直接查(cha)閱系統參數手(shou)冊直接設定，但(dàn)也有個别參數(shu)需要進行計算(suan)後才能設定。

2.1設(shè)置主軸控制系(xi)統參數

FANUC-0imateMD系統采(cǎi)用模拟量主軸(zhóu)控制方式時，除(chú)了增益調整參(cān)❗數3730、漂移🐪調整3731兩(liǎng)個參數需要計(ji)算後才能設定(dìng)外，其餘參數設(shè)定如表2所示。

2.2　增(zēng)益及漂移參數(shu)的計算

FS-0iD系統中(zhong)參數3731為模拟量(liàng)輸出時的漂移(yí)調整參數，其🤟功(gōng)能是改變S0轉速(su)所對應的模拟(nǐ)量電壓輸出值(zhi)，參數設定範‼️圍(wei)為 -1　024～1　024。在模拟量控(kong)制時，當主軸轉(zhuǎn)速為S0時，其對應(yīng)的模拟量輸出(chu)電壓在理論上(shang)應為0V，但經萬用(yòng)表檢查發現實(shi)際輸出電壓通(tōng)常大于或小于(yu)0V，此時，則需設置(zhì)3731參數，使輸出電(diàn)壓盡量接近于(yu)0V。

3731參數設定值可(kě)按下式計算：

表(biao)2　主軸控制系統(tong)參數設置

FS-0iD系統中參數3730為(wéi)模拟量輸出時(shi)的增益調整參(cān)數，該參數🌂可改(gai)🔅變較高主軸轉(zhuan)速Smax所對應的模(mó)拟量輸出值，并(bing)改變✉️輸出電壓(yā)和轉速的比例(lì)。參數3730以 百 分 率(lǜ)😘 的 形 式 設 定，設(she) 定 值 範 圍 為 700～1　250，單(dan)位為0.1%。當設定值(zhí)為1　000時，較高轉速(sù)🌂Smax所對應的🏃模拟(nǐ)量輸出為10V。如果(guǒ)實際值大于或(huò)小于10V，可改變3730參(can)數調整增益值(zhi)，使較高轉速Smax所(suo)⭕對應的模拟量(liang)輸出盡量接近(jin)于10V。3730參數設定值(zhi)可按🌈下式計算(suan)：

本文數控機床(chuáng)配置 FANUC-0imateMD 系統，主軸(zhou)為通用變頻調(diao)速系統♊。為了🌈優(yōu)化❗主軸性能，必(bì)須計算和設定(dìng)漂移、增益調整(zheng)參數。表3為漂移(yí)和增益參數設(she)定前、後主軸在(zai)不同轉⭕速時所(suǒ)對應的頻率及(jí)實測電🧑🏽‍🤝‍🧑🏻壓值。由(yóu)表3可知，當3730、3731參數(shu)設定值均為0，主(zhǔ)軸轉速為S0時，變(bian)頻器輸出頻率(lü)值為0，利用萬用(yòng)表實測輸出電(diàn)壓為-0.048V。先進行漂(piao)移參數計算，可(ke)得漂移參數值(zhi)🏃🏻‍♂️3731=26，因為漂移将同(tong)時影響較高轉(zhuan)💛速Smax對應🈲的輸出(chū)電壓。以表3為例(li)，即較高轉速為(wei)1　400r/min時實測的模拟(ni)量輸出電壓為(wéi)9.93V，包含了-0.048V 的漂移(yi)電壓，所以💋在計(jì)算增益調整參(cān)數時，必須将漂(piao)移電🔴壓考慮進(jìn)去再進行增益(yì)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼參數計算，較終(zhong)計算得增益參(cān)數值3730=1011。

表3　設置增(zeng)益及漂移參數(shù)

模拟量輸出的(de)漂移特性曲線(xiàn)如圖3所示，調整(zhěng)漂移參數可改(gai)變轉速S0所對應(yīng)的電壓輸出值(zhi)，使特性曲線上(shàng)下平移。本例中(zhōng)漂移參數設定(dìng)為0時，實測S0轉速(sù)對應電壓為-0.048V，特(tè)㊙️性曲線為負向(xiàng)☀️漂移曲線。經計(ji)算和設定漂移(yi)參數後，再次實(shí)測漂移電壓為(wei)-0.002V，基本接近于0V，特(te)性曲線基本接(jie)近理想特性曲(qu)線。

模拟量輸出(chū)增益調整特性(xìng)曲線如圖4所示(shi)，調整增益參數(shù)可🛀🏻改♋變較大轉(zhuǎn)速所對應的模(mo)拟量電壓輸出(chu)值，使特性曲線(xian)的斜率發生變(bian)化。本例中增益(yì)參數設定為0時(shí)，實測較大轉速(sù)對應的電壓為(wei)9.93V，可見特☀️性曲線(xian)為增益過小。經(jīng)計算、設定增益(yì)參數後，再次👨‍❤️‍👨實(shi)測較大轉速對(duì)應電壓變為10V，增(zēng)益特性變為理(lǐ)想特性曲線。

3.結(jié)語

本文詳細介(jiè)紹了數控機床(chuang)主軸通用變頻(pín)調速方式的硬(ying)件接線、PMC梯形圖(tú)程序設計及系(xi)統參數設定💛方(fāng)法。在完☔成主♌軸(zhou)控制功能的情(qing)況下，為了使主(zhu)軸📐系統性能達(dá)到理想狀态，利(li)用💛萬用表對主(zhǔ)軸不同♉速度輸(shu)出時對應的模(mó)拟量電壓信号(hao)進行了反複實(shí)測，并經過漂移(yi)、增益調整參數(shu)的計算、設定及(jí)實際測量，使主(zhǔ)軸速度輸出特(te)性達到理想狀(zhuang)态。為廣大數控(kong)機床維修維護(hu)人員提供了通(tōng)俗易懂的變頻(pín)主軸系統安裝(zhuang)、調🐉試及維修指(zhi)導方法。