西(xī)安數控(kong)機床主(zhu)軸控制(zhi)系統根(gen)據機床(chuáng)性能一(yī)般有變(bian)頻控制(zhi)與串行(hang)控制兩(liǎng)😄種方式(shì)，如經濟(jì)型數控(kong)機床主(zhu)軸控制(zhì)通常🛀🏻采(cai)用變頻(pin)❌調速控(kong)制;數控(kòng)銑、加工(gōng)中心主(zhǔ)軸控制(zhi)通常采(cai)用交流(liu)主軸🈲驅(qū)動器來(lai)實現主(zhu)軸串行(háng)控制。在(zai)生産實(shi)踐中，各(ge)廠家在(zài)數控機(ji)床主軸(zhou)控制配(pei)置上采(cai)取的策(cè)略都是(shì)滿足使(shǐ)用要求(qiu)情況下(xià)盡量降(jiàng)低配置(zhì)。主軸🍉采(cǎi)用通用(yòng)變頻器(qì)調速時(shi)隻能進(jin)行🍉簡單(dan)的速度(dù)控制✊，它(tā)是利🍓用(yòng)數控系(xi)🔴統輸出(chu)模拟量(liàng)電壓作(zuò)為變頻(pín)器速度(dù)控制信(xìn)号，通過(guo)數控系(xì)統 PMC 程序(xu)為變頻(pín)器提供(gong)正反轉(zhuǎn)信号，從(cong)而控制(zhì)電機實(shi)現🙇‍♀️正反(fǎn)轉。串行(hang)主軸控(kòng)制指的(de)是在主(zhǔ)軸控🏃制(zhì)系統中(zhong)🎯采用交(jiao)流主軸(zhóu)驅動器(qi)來實👄現(xian)主軸控(kong)制的方(fāng)式，如🧡 FANUC-0iC/D 系(xi) 統 一 般(bān) 配 置 專(zhuān) 用 的FANUC交(jiao)流伺服(fú)驅動器(qì)及伺服(fú)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(tōng)過 CNC實現(xiàn)主軸定(ding)向準停(ting)、定位和(he) Cs軸等位(wei)置控制(zhi)功能。對(dui)比這兩(liǎng)種主軸(zhou)控制方(fāng)式💞可見(jian)，串行主(zhu)軸控制(zhi)方式較(jiao)通用變(bian)頻器主(zhu)軸控制(zhì)方式 功(gong)能強大(dà)、配置高(gāo)。由于交(jiao)流主軸(zhou)驅動🏃‍♀️器(qì)及配套(tào)的專用(yong)電機成(chéng)本較高(gao)，因此造(zao)成了💋數(shù)控機床(chuang)整機成(cheng)本也⛱️相(xiàng)對較高(gāo)。生産實(shí)際中，很(hěn)多經濟(ji)型數控(kòng)🔴機床主(zhǔ)軸都采(cai)用通用(yòng)變頻器(qì)調速或(huò)專用變(biàn)頻器🧑🏽‍🤝‍🧑🏻調(diào)速方式(shì)，以降低(dī)成本。本(ben)文主要(yao)介紹主(zhu)軸采用(yòng)通🤟用變(bian)頻器調(diao)速方式(shi)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(shù)控機床(chuáng)主軸采(cai)用通用(yòng)變頻調(diào)速控制(zhì)方式時(shi)，典‼️型的(de)硬件♻️配(pei)置為數(shù)控裝置(zhì)、通用變(bian)頻器及(jí)普通三(sān)相異步(bu)電動機(ji)。在主軸(zhou)調試時(shí)，首先應(ying)正确完(wán)成變頻(pin)器與電(dian)機及數(shu)控裝置(zhì)的硬件(jiàn)接線;其(qí)次是完(wan)成主軸(zhóu)控制👨‍❤️‍👨PMC梯(ti)形圖程(cheng)序的設(shè)計及輸(shu)入。主軸(zhóu)的速度(dù)💔控制通(tong)過數控(kòng)系統的(de)模拟量(liang)輸出電(dian)壓實現(xian)，正反❗轉(zhuan)控制通(tong)過PMC程序(xù)來實現(xian)。

1.1變頻調(diao)速控制(zhi)硬件接(jie)線圖

本(běn)文以配(pèi)備 FANUC-0imateMD 系統(tong)的亞龍(long)559數控裝(zhuang)調實訓(xùn)設備為(wéi)例來進(jìn)行介紹(shao)。其主軸(zhóu)采用通(tōng)用變頻(pin)器調速(sù)控制，選(xuǎn)🌈用的變(biàn)頻器型(xíng)号為歐(ou)姆㊙️龍G3JZ，其(qí)硬件接(jiē)線如圖(tú)1所示⛷️。變(bian)頻器🔱的(de) U、V、W 端子直(zhí)接接🏒三(san)相異🤩步(bù)電動機(jī)。L1、L2、L3 端 子 經(jing) 交 流 接(jie) 觸 器KM、低(di)壓斷路(lu)器 QF4接入(rù)電源。S1、S2端(duan)子分别(bié)通過中(zhōng)☁️間繼電(diàn)器 KA5、KA6 的 常(cháng)開觸點(diǎn)接❌ 至 公(gōng)共端子(zǐ)SC，KA5、KA6常開觸(chu)點不能(neng)同時閉(bi)合，它們(men)分别控(kong)制電機(ji)正、反轉(zhuǎn)。A1、AC 端子㊙️接(jiē)至數控(kòng)系統‼️的(de)JA40接口，接(jie)收來自(zi)數控系(xì)❗統的模(mo)拟量信(xin)号以控(kong)制主軸(zhou)的轉速(su)，模拟量(liàng)一般為(wei)0V～10V 的❄️電壓(ya)信号。

圖1　變頻(pin)器硬件(jian)接線圖(tú)

1.2變頻調(diao)速控制(zhi)梯形圖(tu)程序

數(shù)控機床(chuang)主軸正(zhèng)、反轉是(shi)通過 PMC 梯(tī)形圖程(chéng)序進行(háng)控制📱的(de)，根據主(zhu)軸控制(zhì)方式(如(rú)模拟量(liang)控制和(he)串行控(kòng)制方❌式(shi))的不同(tong)📱，其 PMC 梯形(xing)圖程序(xù)也有所(suǒ)不同。圖(tu)2為配‼️備(bèi) FANUC-0imateMD 數控系(xì)統的🔴亞(ya)龍559數控(kong)銑床的(de)模拟量(liàng)主軸控(kòng)制 PMC 梯形(xíng)圖程序(xu)。為便于(yu)分析識(shi)讀主軸(zhou)控制 PMC 梯(ti)形圖程(chéng)序，現将(jiang)輸入、輸(shū)出進行(hang)說🥵明，如(ru)表1所示(shì)。梯形圖(tú)程序🏃‍♀️中(zhōng)，第一、二(èr)行表示(shì)通過數(shù)控機床(chuáng)操作面(miàn)闆上的(de)正㊙️反轉(zhuan)按鍵控(kòng)制機床(chuang)主軸進(jìn)行正反(fǎn)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(kong)機床主(zhǔ)軸進行(hang)正反轉(zhuǎn);R0100.0中間信(xìn)号表㊙️示(shi)數控機(jī)床工作(zuò)方式☔選(xuan)擇🚶中的(de)“手動”、“手(shǒu)輪”工♊作(zuò)方式。觀(guan)察 PMC 梯形(xíng)圖程⭕序(xù)可知，通(tōng)過數控(kong)機床操(cao)作面闆(pǎn)上的正(zheng)反轉按(an)鍵進行(háng)主軸控(kong)制時，工(gōng)作方式(shì)選擇開(kai)關必♉須(xu)選擇“手(shou)動”或“手(shǒu)輪”工作(zuò)方式❗，使(shi) R0100.0 中間信(xìn)号為 1;RST信(xìn)号為💁複(fu)位🔴信号(hao)，其地址(zhǐ)為 F1.1，通過(guò)數控系(xi)統操作(zuò)面闆上(shàng)的複位(wèi)按鍵來(lái)實✨現🐆系(xi)統複位(wèi)操作;M19為(wéi)主軸準(zhun)停信号(hào)，對于通(tōng)用變頻(pin)調速而(er)🤞 言，該信(xìn)号無實(shi)際意🏃‍♂️義(yì);串聯 于(yu) 程 序 中(zhōng) 的 X0002.4 與 X0002.7、M03 與(yǔ)🛀M04常閉觸(chù)點構成(chéng)了正、反(fǎn)轉🌈互鎖(suo)保護信(xin)号，X0002.5與 M05常(chang)閉觸點(dian)為停止(zhi)信号，當(dāng)手動操(cāo)作停止(zhǐ)或程序(xù)指令中(zhōng)遇到 M05指(zhǐ)令時，PMC程(chéng)序無輸(shū)出信号(hào)，主軸停(ting)止 轉動(dong);R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信号為(wéi)主軸正(zhèng)反轉的(de)中間🆚輸(shu)出信号(hào)，将其常(chang)開觸點(diǎn)接至實(shi)際的輸(shu)出 Y0005.5、Y0005.6，即可(kě)實現電(diàn)路中線(xian)圈的實(shí)際控制(zhì)。

圖2　數(shu)控銑床(chuáng)主軸控(kong)制

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

2.數控系(xi)統參數(shù)設置

主(zhǔ)軸調速(su)控制系(xì)統在硬(yìng)件接線(xiàn)、PMC程序編(bian)輯完成(chéng)的情況(kuàng)下，還需(xu)正确設(shè)置數控(kòng)系統參(cān)數與變(biàn)頻器參(cān)數才能(neng)保證主(zhǔ)軸正🚶确(què)運😍轉。數(shu)控系統(tong)參數設(she)定時，一(yī)部分參(can)數可以(yǐ)直接查(chá)閱系統(tong)參數手(shou)冊直接(jie)設定，但(dàn)也有個(ge)别參數(shù)需要進(jìn)行計算(suàn)後才能(néng)設定。

2.1設(shè)置主軸(zhou)控制系(xì)統參數(shù)

FANUC-0imateMD系統采(cai)用模拟(ni)量主軸(zhou)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(liǎng)個參數(shù)需要計(jì)算後才(cai)能設定(ding)外，其餘(yu)參數☁️設(she)定如表(biao)🈚2所示。

2.2　增(zeng)益及漂(piāo)移參數(shu)的計算(suan)

FS-0iD系統中(zhong)參數3731為(wei)模拟量(liàng)輸出時(shí)的漂移(yi)調整參(can)數，其功(gōng)能是改(gǎi)變💛S0轉速(sù)所對應(ying)的模拟(nǐ)量電壓(yā)輸出值(zhí)，參數設(shè)定範圍(wei)為 -1　024～1　024。在模(mo)🤟拟量🛀控(kong)制時，當(dāng)主軸轉(zhuan)速為S0時(shi)，其對應(ying)的模拟(nǐ)量輸出(chū)電壓在(zai)理論上(shàng)應為0V，但(dan)經萬㊙️用(yòng)表檢查(chá)發現實(shí)際輸出(chu)電壓通(tong)常大于(yú)或小于(yu)0V，此❓時，則(zé)需設置(zhi)3731參數，使(shi)輸出電(diàn)壓盡量(liang)接近于(yú)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(zhong)參數3730為(wéi)模拟量(liàng)輸出時(shi)的增益(yi)調整參(cān)數，該✔️參(can)數可🔴改(gǎi)變較高(gāo)主軸轉(zhuǎn)速Smax所對(duì)應的模(mó)拟量輸(shū)出值，并(bìng)🌈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(shì) 設 定，設(she) 定 值 範(fàn) 圍 為 700～1　250，單(dān)位為0.1%。當(dang)設定值(zhí)為1　000時🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，較(jiao)高轉速(su)Smax所對應(yīng)的模拟(nǐ)量輸出(chu)為10V。如果(guǒ)實際值(zhi)大💋于或(huò)小于10V，可(kě)改變3730參(can)數調整(zheng)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(jìn)于10V。3730參數(shu)設定值(zhí)可按下(xià)式計算(suan)：

本文數(shù)控機床(chuang)配置 FANUC-0imateMD 系(xi)統，主軸(zhóu)為通用(yong)變頻調(diao)速系統(tong)。為了優(you)🐅化主軸(zhóu)性能，必(bì)須計算(suàn)和設定(dìng)漂移、增(zēng)益調整(zhěng)參數🍓。表(biao)3為漂移(yí)🐇和增益(yì)參數設(shè)定前、後(hòu)主軸在(zài)不同轉(zhuan)速時所(suo)對應的(de)頻率及(ji)📧實測電(dian)壓值。由(you)表3可知(zhī)，當3730、3731參數(shu)設定值(zhi)均為0，主(zhǔ)軸轉速(su)為S0時，變(bian)頻器輸(shu)出頻率(lǜ)值為0，利(li)用萬用(yong)表實測(cè)輸出電(dian)壓為-0.048V。先(xiān)進行漂(piāo)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(tong)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(gāo)轉速為(wéi)1　400r/min時實測(cè)的模拟(ni)㊙️量輸出(chu)電壓為(wei)9.93V，包含了(le)-0.048V 的漂移(yi)電壓，所(suo)以🔴在計(ji)算增益(yì)調整參(can)數時，必(bi)須将漂(piao)移電🤟壓(ya)考慮進(jìn)去再進(jìn)行增益(yi)👉參數計(jì)算，較終(zhōng)計算得(dé)增益參(can)數值3730=1011。

表(biǎo)3　設置增(zēng)益及漂(piāo)移參數(shù)

模拟量(liang)輸出的(de)漂移特(tè)性曲線(xian)如圖3所(suo)示，調整(zhěng)漂移參(cān)數🌈可改(gai)變轉速(su)S0所對應(yīng)的電壓(yā)輸出值(zhí)，使特性(xìng)曲線上(shàng)🌍下平🐅移(yí)。本❓例中(zhōng)漂移參(cān)數設定(ding)為0時，實(shí)測S0轉速(sù)對應電(diàn)壓為-0.048V，特(te)🛀🏻性曲線(xiàn)為負向(xiàng)漂移曲(qǔ)線。經計(jì)算和設(she)定漂移(yí)參數後(hou)，再次實(shí)測漂移(yí)電壓為(wei)-0.002V，基本接(jiē)近㊙️于0V，特(te)性曲線(xian)基本接(jiē)近理想(xiang)特性曲(qu)線。

模拟(nǐ)量輸出(chū)增益調(diao)整特性(xìng)曲線如(ru)圖4所示(shi)，調整增(zeng)益參數(shù)可改變(biàn)較大轉(zhuan)速所對(dui)應的模(mo)拟量電(diàn)壓輸出(chu)值，使特(te)性曲線(xiàn)的斜率(lǜ)發生變(bian)化。本例(li)中增益(yi)參數設(she)定為0時(shi)，實測較(jiào)大轉速(su)對應的(de)電壓為(wei)9.93V，可見特(tè)性曲線(xian)為增益(yì)過小♍。經(jīng)計算、設(shè)定增益(yì)參數後(hou)，再次實(shí)測較大(dà)轉速對(duì)應電壓(ya)⁉️變為10V，增(zeng)益特🐕性(xing)變為理(lǐ)想☂️特性(xing)曲線。

3.結(jié)語

本文(wén)詳細介(jiè)紹了數(shù)控機床(chuáng)主軸通(tōng)用變頻(pin)調速方(fāng)式的硬(yìng)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(wán)成主軸(zhou)控🔞制功(gōng)能的情(qíng)況下，為(wéi)了使主(zhu)軸系統(tǒng)性能達(dá)到理想(xiǎng)狀态，利(li)用萬用(yòng)表對主(zhu)軸不同(tóng)速度輸(shu)出✨時對(duì)應的🏃‍♂️模(mó)拟量電(diàn)壓信号(hào)進行了(le)反複實(shi)測，并經(jīng)過漂移(yi)、增益調(diào)📐整參數(shu)的計算(suan)、設定及(ji)實🥵際測(cè)量，使主(zhǔ)🚩軸速度(du)輸出特(tè)性達到(dào)理想狀(zhuang)态。為廣(guǎng)大數控(kong)機床維(wei)修維護(hu)人員提(ti)供了通(tong)俗易懂(dong)的變頻(pín)主軸系(xi)統安裝(zhuāng)、調試及(jí)維修指(zhǐ)導方法(fa)。