西(xi)安數控(kòng)機床主(zhu)軸控制(zhì)系統根(gēn)據機床(chuáng)性能一(yi)般有變(biàn)頻控制(zhi)與串行(háng)控制兩(liang)種方式(shì)，如經濟(jì)型數控(kòng)機床主(zhu)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(cai)用交流(liu)主軸驅(qu)動器來(lai)實現📧主(zhǔ)軸串行(hang)控制。在(zai)生産🔴實(shí)踐中，各(ge)廠家在(zài)數控機(ji)床主軸(zhóu)控制配(pei)置上采(cai)取的🚶策(ce)略都是(shì)滿足使(shǐ)用要求(qiú)情況下(xià)盡量🌈降(jiàng)低配置(zhì)。主軸采(cai)用通用(yòng)變頻🧑🏽‍🤝‍🧑🏻器(qi)調速時(shi)隻能⭕進(jìn)行簡單(dan)的速度(du)控制，它(ta)是利🐉用(yong)數控系(xì)統輸出(chu)模拟量(liàng)電壓作(zuo)為變頻(pín)器速度(dù)控制信(xìn)号，通過(guo)數📧控系(xi)統 PMC 程👣序(xù)為變頻(pin)🚶‍♀️器提供(gòng)正反轉(zhuan)信号，從(cóng)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(zhǔ)軸控制(zhi)系統中(zhōng)采用交(jiao)流主軸(zhóu)驅動器(qì)來✨實㊙️現(xian)主軸控(kong)制的方(fāng)式，如📱 FANUC-0iC/D 系(xì) 統 一 般(bān) 配 置 專(zhuān) 用 的FANUC交(jiāo)流伺服(fu)驅動器(qì)及伺服(fu)電機實(shi)現主軸(zhou)串行控(kong)制。串行(hang)主軸不(bú)僅能較(jiào)好地實(shí)現速度(du)控制，而(ér)且可通(tōng)過 CNC實現(xiàn)主軸定(dìng)向準停(tíng)、定位🔞和(he) Cs軸等位(wèi)置控制(zhì)功能。對(dui)比這兩(liang)種主軸(zhóu)控制方(fāng)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(gōng)能強大(da)、配置高(gāo)。由于交(jiāo)流主軸(zhou)驅動器(qi)及配套(tào)的專用(yong)電機成(chéng)本✊較高(gāo)，因此造(zào)成👉了數(shù)控機床(chuáng)整機成(chéng)本也👅相(xiàng)對較高(gāo)。生産實(shí)際中，很(hěn)多經濟(jì)型數✉️控(kong)機床主(zhu)軸都采(cǎi)用通🔴用(yòng)變頻器(qì)調速💛或(huò)專用變(biàn)頻器‼️調(diào)速方式(shi)，以降低(dī)成本。本(ben)文主要(yào)介紹主(zhǔ)軸采用(yong)通⁉️用變(biàn)頻器調(diao)速方式(shì)時的調(diao)試方法(fa)。

1.數控機(ji)床主軸(zhou)通用變(biàn)頻調速(su)控制

數(shu)控機床(chuang)主軸采(cai)用通用(yong)變頻調(diào)速控制(zhì)方式時(shí)，典型的(de)硬件配(pei)置為數(shu)控裝置(zhi)、通用變(bian)頻器及(ji)普通三(san)相異步(bù)電🔅動機(jī)。在主⛹🏻‍♀️軸(zhou)調試時(shi)，首先應(yīng)正确完(wan)成變頻(pin)器與電(dian)機及數(shù)控裝置(zhì)的硬件(jian)接線;其(qi)次是完(wan)成主軸(zhou)控制PMC梯(tī)形圖程(chéng)序的設(she)計及輸(shu)入。主軸(zhóu)的速度(dù)控制通(tōng)過數控(kong)系統的(de)模拟量(liàng)輸出電(diàn)壓實現(xian)，正反🌈轉(zhuan)控制通(tōng)過🔞PMC程序(xù)來實現(xian)。

1.1變頻調(diao)速控制(zhì)硬件接(jiē)線圖

本(ben)文以配(pei)備 FANUC-0imateMD 系統(tong)的亞龍(lóng)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(tong)用變頻(pin)器調速(su)控制，選(xuǎn)用的變(bian)頻器型(xíng)号為歐(ōu)姆✂️龍G3JZ，其(qi)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(sān)相異步(bù)電動🌂機(ji)。L1、L2、L3 端 子 經(jing) 交 流 接(jiē) 觸 器KM、低(dī)壓斷路(lu)器 QF4接入(ru)電源。S1、S2端(duān)子分♌别(bie)通過中(zhong)✨間繼電(dian)器 KA5、KA6 的 常(chang)開觸點(dian)接 至 公(gōng)共端子(zǐ)SC，KA5、KA6常開觸(chu)點不⛷️能(neng)同時閉(bì)合，它們(men)分别控(kong)制電機(ji)正、反轉(zhuǎn)。A1、AC 端子接(jie)至數控(kòng)系統的(de)JA40接口，接(jiē)收來🔞自(zì)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(yā)信号。

圖1　變頻(pin)器硬件(jian)接線圖(tu)

1.2變頻調(diào)速控制(zhi)梯形圖(tú)程序

數(shù)控機床(chuáng)主軸正(zheng)、反轉是(shì)通過 PMC 梯(tī)形圖程(cheng)序進行(hang)控制🈲的(de)，根據主(zhǔ)軸控制(zhi)方式(如(ru)模拟量(liang)控制和(hé)串行控(kòng)制方🔞式(shi))的不同(tong)，其 PMC 梯形(xing)圖程序(xu)也有所(suǒ)不同。圖(tú)2為配備(bei) FANUC-0imateMD 數控系(xì)統的亞(yà)龍559數控(kong)銑床的(de)模拟量(liàng)主軸控(kong)制 PMC 梯形(xíng)圖程序(xu)。為便于(yu)分析識(shi)讀主軸(zhóu)控制 PMC 梯(tī)形圖程(chéng)序，現将(jiāng)輸入、輸(shū)出進行(hang)說明，如(ru)表1所示(shì)。梯形圖(tú)程序中(zhong)，第一、二(èr)行👣表示(shi)通過數(shu)控機床(chuáng)操作面(miàn)闆上的(de)正♊反轉(zhuǎn)按鍵控(kòng)制機床(chuang)主軸進(jin)行正反(fan)轉;第三(san)、四行表(biao)示利用(yòng)加工編(bian)程程🐪序(xu)指令控(kong)制數控(kòng)機床主(zhǔ)軸進行(hang)正反轉(zhuǎn);R0100.0中間信(xin)号表示(shì)數控機(ji)床工作(zuo)方式選(xuǎn)擇中的(de)“手動”、“手(shǒu)輪”工❗作(zuò)方式。觀(guān)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(zhèng)反轉按(an)鍵進行(háng)主軸🚩控(kòng)制時，工(gong)作方式(shì)選擇開(kai)關必🔆須(xu)♉選擇“手(shǒu)動”或“手(shou)輪”工作(zuo)方式，使(shi) R0100.0 中間信(xìn)号為 1;RST信(xin)号為複(fú)位🌈信号(hao)，其地址(zhi)為 F1.1，通過(guo)數控系(xi)統操作(zuo)面闆上(shang)的複位(wèi)按鍵來(lái)實現系(xi)統複位(wei)操作;M19為(wéi)主軸準(zhǔn)停信号(hao)，對于通(tong)用變頻(pín)調🙇‍♀️速而(er) 言，該信(xìn)👣号無實(shi)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(cheng)了正、反(fǎn)轉互鎖(suǒ)保護信(xìn)号，X0002.5與 M05常(cháng)閉觸點(dian)為停止(zhǐ)信号，當(dāng)手🔞動操(cāo)作停止(zhi)或程序(xù)指令中(zhong)遇到 M05指(zhi)令時，PMC程(chéng)序無輸(shū)出信号(hao)，主軸停(ting)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(shū)出信号(hào)，将其常(cháng)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(xiàn)圈的實(shi)際控制(zhì)。

圖2　數(shù)控銑床(chuang)主軸控(kòng)制

PMC梯形(xíng)圖表1　輸(shu)入、輸出(chū)信号及(jí)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(yìng)件接線(xian)、PMC程序編(biān)輯完成(cheng)的💛情😄況(kuang)下，還需(xu)正确設(she)置數控(kòng)系統參(can)數與變(biàn)頻器參(can)數才能(néng)保證主(zhu)軸正👈确(que)運轉。數(shu)控系統(tǒng)參數設(shè)定時，一(yī)部分參(can)數可以(yi)直接📱查(cha)閱系❄️統(tong)參數手(shǒu)冊直接(jie)設定，但(dan)也有🈲個(ge)别參數(shù)🔆需要進(jin)行計算(suan)後才✏️能(néng)設定。

2.1設(she)置主軸(zhóu)控制系(xì)統參數(shu)

FANUC-0imateMD系統采(cai)用模拟(ni)量主軸(zhou)控制方(fāng)式時，除(chú)了增益(yi)調整參(cān)🚶數⭐3730、漂移(yi)調整3731兩(liǎng)個參數(shù)需要計(ji)算後才(cái)能設定(dìng)外，其餘(yú)參數🏃‍♀️設(shè)定🥰如表(biǎo)👅2所示。

2.2　增(zēng)益及漂(piao)移參數(shu)的計算(suan)

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(su)所對應(yīng)的模拟(ni)量電壓(ya)輸出值(zhí)，參數設(she)定範圍(wei)為 -1　024～1　024。在模(mó)拟量控(kong)制時，當(dāng)主軸轉(zhuan)速為S0時(shi)，其對應(ying)的模拟(ni)量輸出(chū)❄️電壓在(zai)理論上(shàng)應為0V，但(dan)經萬用(yong)表檢查(chá)發現實(shí)際輸出(chū)電壓通(tong)常大于(yu)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(liàng)接近于(yu)0V。

3731參數設(shè)定值可(ke)按下式(shì)計算：

表(biao)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(liang)輸出時(shí)的增益(yì)調整參(can)數，該參(cān)數可📐改(gǎi)變較高(gāo)主軸轉(zhuan)速Smax所對(duì)應的模(mó)拟量輸(shu)出值，并(bing)改變輸(shū)出電壓(ya)🛀🏻和轉速(su)的比例(li)。參數3730以(yǐ) 百 分 率(lü) 的 形 式(shi)♈ 設 定，設(shè) 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(su)Smax所對應(ying)的♉模拟(ni)量輸出(chu)為10V。如果(guo)✌️實際值(zhí)大🆚于或(huo)小于10V，可(kě)改變3730參(cān)數調整(zheng)增益值(zhí)，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(zhou)為通用(yong)變頻調(diào)速系統(tong)。為了優(you)化主軸(zhóu)性能，必(bi)須計算(suan)和設定(dìng)漂移、增(zeng)益🈲調整(zheng)參數👌。表(biao)3為❤️漂移(yi)和增益(yi)參數設(she)定前、後(hou)主軸在(zài)不同轉(zhuǎn)速時所(suo)對應的(de)頻率及(ji)實測電(diàn)壓值。由(yóu)表3可知(zhi)，當3730、3731參數(shù)👉設定值(zhí)均為0，主(zhǔ)軸轉👉速(su)為S0時，變(biàn)頻器輸(shu)出🔴頻率(lü)值為0，利(lì)📐用萬用(yong)表實測(cè)輸出電(dian)壓為-0.048V。先(xiān)進行漂(piao)🚶‍♀️移參數(shu)計算，可(kě)得漂移(yí)參數值(zhí)3731=26，因為漂(piāo)移将同(tong)時影響(xiang)較高轉(zhuan)速Smax對應(yīng)的輸出(chu)電壓。以(yǐ)表3為例(li)，即較高(gao)轉速為(wéi)1　400r/min時實測(ce)的模拟(nǐ)量輸出(chu)電壓為(wei)9.93V，包含了(le)-0.048V 的漂移(yí)電壓，所(suo)以在計(ji)算增益(yì)💘調整參(can)📐數時，必(bi)須将漂(piāo)💜移電壓(ya)考慮進(jìn)去再進(jin)行增益(yì)參數計(ji)算，較終(zhōng)計算得(de)增益參(can)數值3730=1011。

表(biao)3　設置增(zeng)益及漂(piao)移參數(shu)

模拟量(liàng)輸出的(de)漂移特(te)性曲線(xian)如圖3所(suǒ)示，調整(zhěng)漂移參(can)數可改(gǎi)變🧑🏽‍🤝‍🧑🏻轉速(su)S0所對應(yīng)的電壓(ya)輸出值(zhí)，使特性(xìng)曲線上(shang)🚶下平㊙️移(yí)。本例中(zhong)漂移參(can)數設定(dìng)為0時，實(shi)測S0轉速(sù)對應電(dian)壓為-0.048V，特(te)性曲線(xiàn)為負向(xiàng)漂移曲(qu)線。經計(jì)算和設(she)定漂移(yí)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(tè)性曲線(xiàn)基本接(jiē)近理想(xiang)特性曲(qu)線。

模拟(nǐ)量輸出(chu)增益調(diao)整特性(xing)曲線如(ru)圖4所示(shì)，調整增(zēng)益🈲參數(shu)可改♌變(bian)較大轉(zhuan)速所對(duì)應的模(mo)拟量電(diàn)壓輸出(chū)值，使特(tè)性曲線(xian)的斜率(lü)👈發生變(biàn)化。本例(lì)中增益(yi)參數設(she)定為0時(shí)，實測較(jiao)大轉速(sù)對🚶‍♀️應的(de)電🏃‍♀️壓為(wei)9.93V，可見特(te)👌性曲線(xian)為✔️增益(yì)過小。經(jīng)計算、設(shè)定增益(yi)參數後(hòu)，再次實(shí)測較大(da)轉速對(dui)應電壓(ya)變為10V，增(zēng)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(pín)調速方(fāng)😍式的硬(ying)件接線(xian)、PMC梯形圖(tú)程序設(shè)計及系(xi)統參數(shù)設定方(fāng)法。在完(wán)成主軸(zhóu)控制功(gōng)能的情(qing)況下，為(wei)了使主(zhu)軸系統(tǒng)性能達(da)到理想(xiang)狀态，利(lì)用萬用(yong)表對主(zhu)軸不同(tóng)速度輸(shu)出時對(dui)應的模(mo)拟量電(diàn)🔞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(shu)的計算(suàn)、設定及(jí)實際測(cè)量，使主(zhu)軸速度(du)輸出特(te)性達到(dao)理想狀(zhuang)态。為廣(guǎng)💔大數控(kòng)機床維(wei)修維護(hu)人員提(ti)供了通(tong)俗易懂(dǒng)的變頻(pin)🈲主軸系(xì)統安裝(zhuāng)、調試及(ji)維修指(zhi)導方法(fa)。