西(xī)安數控機(jī)床主軸控(kòng)制系統根(gēn)據機床性(xing)能一般有(you)變頻控制(zhi)與串行✊控(kong)✂️制🔞兩種方(fang)式，如經濟(jì)型數控機(jī)床主軸控(kòng)制通常💯采(cǎi)用變頻調(diào)速控制;數(shù)控銑、加工(gōng)中心主軸(zhou)控📱制通常(cháng)采用交流(liu)主軸驅動(dòng)器來實現(xiàn)😘主軸串行(háng)控制。在生(sheng)産實踐中(zhōng)，各廠家在(zài)數💯控機床(chuang)主軸控制(zhi)配置上采(cǎi)取的策略(lue)都是滿足(zu)使用要求(qiú)情況下盡(jìn)量👅降低配(pei)置。主軸采(cǎi)用通用變(biàn)頻器調速(sù)時隻能進(jìn)行🐇簡單的(de)速度控制(zhì)，它是利用(yòng)數控系統(tǒng)輸出模拟(nǐ)量電壓作(zuò)為變頻器(qì)速度控制(zhì)信号，通過(guo)數控系統(tǒng) PMC 程♋序為變(biàn)頻🔴器提供(gòng)正反轉信(xin)号，從而控(kòng)制電機實(shi)現正反轉(zhuǎn)。串行主軸(zhou)控制指的(de)是在主軸(zhóu)控🧑🏽‍🤝‍🧑🏻制系統(tǒng)中🌏采用交(jiao)流主軸驅(qū)動器來實(shí)現主軸控(kong)制的方式(shì)，如👅 FANUC-0iC/D 系 統 一(yi) 般 配 置 專(zhuan) 用 的FANUC交流(liú)伺🚶‍♀️服驅動(dong)器及伺服(fu)電機實現(xian)主軸串行(háng)控制。串行(hang)主軸不僅(jǐn)能🐇較好地(di)實現速度(dù)控制，而且(qie)可通過 CNC實(shí)現主軸定(ding)向準停、定(ding)位和 Cs軸等(děng)位置控制(zhi)功能。對比(bi)這兩種主(zhu)軸控制方(fang)式☁️可見，串(chuàn)行主✂️軸控(kòng)制方式較(jiào)通用變頻(pin)器🔴主軸控(kòng)制方式 功(gōng)能強大、配(pei)置高。由于(yu)交流主軸(zhou)驅動器及(jí)配套的專(zhuān)用電機成(chéng)本較高，因(yīn)此造成了(le)⛷️數控機🈲床(chuáng)整機成本(ben)也相對較(jiao)高。生産實(shi)際中，很多(duo)經濟型數(shu)🎯控機床主(zhǔ)軸都采用(yong)通用變頻(pín)器調速或(huò)專用變頻(pin)器調速方(fang)式，以降低(dī)成本。本文(wén)主要介紹(shao)主軸采用(yòng)通用變頻(pín)器調速方(fāng)式時的調(diao)試方法。

1.數(shù)控機床主(zhǔ)軸通用變(bian)頻調速控(kòng)制

數控機(jī)床主軸采(cǎi)用通用變(biàn)頻調速控(kòng)制方式時(shi)，典✏️型的硬(ying)件配置為(wei)數控裝置(zhi)、通用變頻(pín)器及普通(tōng)三相異步(bù)電動機。在(zai)主軸調㊙️試(shì)時，首先應(yīng)正确完成(cheng)變頻器與(yǔ)✍️電機及數(shù)控裝置的(de)硬件接線(xiàn);其次是完(wan)成✂️主軸控(kòng)制PMC梯形圖(tu)程序的設(shè)計及輸入(rù)。主軸的速(su)度💜控制通(tōng)過數控系(xì)統的模💋拟(nǐ)量輸出電(dian)壓實現，正(zhèng)反轉控制(zhì)通過PMC程序(xù)來實現。

1.1變(biàn)頻調速控(kòng)制硬件接(jiē)線圖

本文(wén)以配備 FANUC-0imateMD 系(xi)統的亞龍(lóng)559數控裝調(diào)實訓設備(bei)為例來🐉進(jìn)行介紹。其(qi)主軸采用(yòng)通用變頻(pin)器調速控(kòng)制，選用的(de)👈變頻器型(xíng)号為歐姆(mǔ)龍G3JZ，其硬件(jian)接線如圖(tú)1所示♌。變頻(pín)器🔅的 U、V、W 端子(zǐ)直接接三(sān)相異步電(dian)動機。L1、L2、L3 端 子(zi) 經 交 流 接(jiē) 觸 器KM、低壓(yā)斷路器 QF4接(jie)入電源。S1、S2端(duān)子分别通(tōng)過中間繼(ji)電器 KA5、KA6 的 常(cháng)開觸點接(jie) 至 公共端(duan)子SC，KA5、KA6常開觸(chu)點不能同(tong)時閉合，它(ta)們分别控(kong)制電機正(zheng)、反轉。A1、AC 端子(zi)接至數控(kòng)系統🆚的JA40接(jie)口，接收來(lái)自數控系(xi)統的模拟(nǐ)量信号以(yi)控制主軸(zhou)的轉速，模(mo)拟量一般(bān)為0V～10V 的電壓(ya)信号。

圖1　變(bian)頻器硬件(jian)接線圖

1.2變(bian)頻調速控(kòng)制梯形圖(tú)程序

數控(kong)機床主軸(zhóu)正、反轉是(shì)通過 PMC 梯形(xíng)圖程序進(jìn)行控制的(de)✌️，根據主軸(zhou)控制方式(shì)(如模拟量(liàng)控制和串(chuàn)行控制方(fang)❌式)的不同(tong)，其 PMC 梯形圖(tu)程序也有(you)所不同。圖(tú)2為配備 FANUC-0imateMD 數(shu)控系統的(de)亞龍559數控(kòng)銑床🔆的模(mo)拟量主軸(zhóu)控制⛹🏻‍♀️ PMC 梯形(xíng)圖程⭕序。為(wéi)便于分析(xī)識讀主軸(zhou)控制 PMC 梯形(xíng)圖程序，現(xiàn)将輸入、輸(shū)出進行說(shuo)💯明，如表1所(suǒ)示。梯形圖(tu)程序中，第(dì)一、二行💚表(biǎo)示通過數(shù)控機🚩床操(cāo)作面闆上(shàng)的正反轉(zhuǎn)按鍵控制(zhi)機床主軸(zhóu)進行正反(fan)轉;第三、四(sì)行表㊙️示利(li)用加工編(bian)程程序指(zhǐ)令控制數(shu)控機床主(zhu)軸進🌈行正(zheng)反轉;R0100.0中間(jiān)信号表示(shi)數控機床(chuang)工作方式(shi)選擇中的(de)“手動”、“手輪(lún)”工作方式(shì)。觀察 PMC 梯形(xíng)圖程序可(ke)知，通過數(shù)控機床操(cao)作面闆上(shang)的正反轉(zhuǎn)按鍵進行(háng)主軸🏃‍♂️控制(zhi)🈲時，工作方(fang)式選擇開(kāi)關必須選(xuan)擇“手動”或(huo)“手輪✌️”工作(zuò)方式✊，使 R0100.0 中(zhōng)間信号為(wéi) 1;RST信号為複(fú)位信号，其(qi)地址為 F1.1，通(tōng)過數控系(xì)統操作面(miàn)闆上的複(fú)位按鍵來(lai)實現系統(tong)複位操作(zuò);M19為主軸準(zhun)停信号，對(dui)于通用變(bian)頻調速而(ér) 言，該信号(hao)無實際意(yi)義;串聯 于(yú) 程 序 中 的(de) X0002.4 與 X0002.7、M03 與M04常閉(bi)觸點構成(chéng)了正、反轉(zhuan)互鎖保護(hù)信号，X0002.5與 M05常(cháng)閉觸㊙️點為(wei)停止信号(hào)，當手🐇動操(cao)作停止或(huò)⭐程序指令(lìng)中遇到 M05指(zhǐ)令時，PMC程序(xu)無輸出信(xin)号，主軸停(ting)止 轉🍓動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信(xìn)号為主軸(zhou)正反轉的(de)中間輸出(chu)信号，将其(qi)常開觸點(dian)接至📱實際(ji)的輸出💚 Y0005.5、Y0005.6，即(jí)可實現電(dian)路中線圈(quān)的實際控(kòng)制。

圖2　數控(kong)銑床主軸(zhou)控制

PMC梯形(xing)圖表1　輸入(rù)、輸出信号(hào)及含義表(biǎo)1。

2.數控系統(tǒng)參數設置(zhì)

主軸調速(su)控制系統(tong)在硬件接(jiē)線、PMC程序編(bian)輯完成的(de)✨情況下，還(hai)需正确設(shè)置數控系(xi)統參數與(yu)變頻器參(can)數才能保(bao)證主軸正(zhèng)确運轉。數(shù)控系統參(can)數設定時(shi)，一部分⁉️參(can)數可以直(zhí)接查閱系(xi)統參數手(shou)冊直接設(she)定，但也有(you)🚶個别參數(shu)需要進行(háng)計算後才(cai)能設定。

2.1設(she)置主軸控(kong)制系統參(can)數

FANUC-0imateMD系統采(cai)用模拟量(liàng)主軸控制(zhì)方式時，除(chú)了增益調(diào)整參⛱️數3730、漂(piao)📧移調整3731兩(liǎng)個參數需(xū)要計算後(hòu)才能設定(dìng)外，其餘參(cān)數設定如(ru)表2所示。

2.2　增(zeng)益及漂移(yí)參數的計(jì)算

FS-0iD系統中(zhong)參數3731為模(mo)拟量輸出(chu)時的漂移(yí)調整參數(shu)，其⛱️功能是(shi)改變S0轉速(sù)所對應的(de)模拟量電(dian)壓輸出值(zhí)，參數設定(dìng)範圍為 -1　024～1　024。在(zai)模拟量⭕控(kòng)制時，當主(zhǔ)軸轉速為(wei)S0時，其對應(ying)的模拟量(liàng)輸出電壓(ya)在理論上(shang)應為0V，但經(jing)萬用表檢(jian)查發現實(shí)際輸出電(dian)壓通常大(dà)于✍️或小于(yu)0V，此時，則需(xu)設置3731參數(shù)，使輸出電(dian)壓盡量接(jie)近于0V。

3731參數(shù)設定值可(kě)按下式計(jì)算：

表2　主軸(zhou)控制系統(tǒng)參數設置(zhi)

FS-0iD系統中參(can)數3730為模拟(ni)量輸出時(shí)的增益調(diao)整參數，該(gāi)參數可改(gai)變較高主(zhu)軸轉速Smax所(suǒ)對應的模(mó)拟量輸出(chu)值，并改變(biàn)輸出電壓(yā)和轉速的(de)比例。參數(shù)3730以 百 分 率(lü) 的 形 式 設(she) 定，設🏃‍♂️ 定 值(zhí) 範♋ 圍 為 700～1　250，單(dan)位為0.1%。當設(shè)定值為1　000時(shi)🏃‍♂️，較高轉速(su)🏃‍♀️Smax所對應的(de)模拟量輸(shu)出為10V。如果(guǒ)實際值大(dà)❓于或小于(yu)10V，可改變3730參(can)數調🔴整增(zeng)益值，使較(jiào)高轉速Smax所(suǒ)對應的模(mo)拟量輸出(chū)盡量接近(jin)于10V。3730參數設(she)定值可按(àn)下式計算(suan)：

本文數控(kòng)機床配置(zhi) FANUC-0imateMD 系統，主軸(zhóu)為通用變(biàn)頻調速系(xi)統。為了🌐優(yōu)化主軸性(xing)能，必須計(ji)算和設定(ding)漂移、增益(yi)調整🚶參數(shu)。表3為♊漂移(yi)和增益參(can)數設定前(qian)、後主軸在(zài)不同轉速(su)時所對應(yīng)的頻率及(ji)實測電壓(yā)值。由表3可(kě)知，當3730、3731參數(shu)設定值均(jun1)為0，主軸轉(zhuǎn)速為S0時，變(bian)頻器輸出(chu)頻率值為(wéi)0，利用萬用(yòng)表實測輸(shū)出電壓為(wéi)-0.048V。先進行漂(piāo)移參數計(jì)算🔅，可得漂(piao)移參數值(zhí)3731=26，因為漂移(yí)将同🎯時影(yǐng)🐆響較高轉(zhuan)速Smax對應的(de)輸出電壓(ya)。以表3為例(lì)，即較高轉(zhuǎn)速為1　400r/min時實(shi)測的模拟(nǐ)量輸出電(dian)壓為9.93V，包含(han)了-0.048V 的漂移(yi)🌈電壓，所以(yǐ)在計算增(zēng)益調整參(cān)數時，必須(xu)将漂移電(dian)👅壓考慮進(jìn)去再進行(háng)增益參數(shù)計算，較終(zhong)🥰計算得增(zēng)♈益參數值(zhi)3730=1011。

表3　設置增(zēng)益及漂移(yi)參數

模拟量輸(shu)出的漂移(yí)特性曲線(xiàn)如圖3所示(shì)，調整漂移(yi)🌈參數可改(gai)變轉速S0所(suo)對應的電(dian)壓輸出值(zhí)，使特性曲(qǔ)線上下平(píng)🌈移。本例中(zhong)漂移參數(shu)設定為0時(shí)，實測S0轉速(su)對應電壓(ya)為-0.048V，特性曲(qu)線為負向(xiang)🔞漂移曲線(xian)。經計算和(hé)設定漂移(yi)參數後，再(zài)次實測漂(piao)移電壓為(wei)-0.002V，基本接近(jin)于0V，特性曲(qǔ)線基本接(jiē)近理😄想特(te)性曲線。

模(mo)拟量輸出(chu)增益調整(zheng)特性曲線(xian)如圖4所示(shi)，調整增益(yì)參數可改(gǎi)變較大轉(zhuan)速所對應(yīng)的模拟量(liàng)電壓輸出(chu)值，使特性(xìng)曲線的斜(xie)率發生變(bian)化。本例中(zhong)增益參數(shu)設定為0時(shí)，實測較大(dà)🏒轉速對🍉應(ying)的電🔴壓為(wei)9.93V，可見特性(xing)曲線為增(zēng)益過小。經(jīng)計算、設定(dìng)增益參數(shu)後，再次實(shi)測較大轉(zhuan)🌈速對應電(diàn)壓變為10V，增(zeng)益特性變(biàn)為理想特(te)性曲線。

3.結(jie)語

本文詳(xiang)細介紹了(le)數控機床(chuang)主軸通用(yòng)變頻調速(sù)方式的💛硬(ying)件接線、PMC梯(tī)形圖程序(xu)設計及系(xì)統參數設(shè)定方法🌍。在(zai)完成主軸(zhou)控制功能(néng)的情況下(xia)，為了使主(zhǔ)軸📱系統性(xìng)能達到理(li)想狀🔆态，利(li)用萬用表(biǎo)對主軸不(bu)同✊速度輸(shu)出🐪時對應(yīng)的模拟量(liang)電🐇壓信号(hao)進❤️行了反(fǎn)複實測，并(bing)經過漂移(yí)、增益調整(zheng)參數的計(ji)算、設定及(jí)實✉️際測量(liang)，使主軸速(su)度輸出特(te)性達到理(li)想狀态。為(wéi)廣👄大數控(kong)機⭐床維修(xiu)維護人員(yuan)提供了通(tong)俗易懂的(de)變頻主軸(zhóu)系統安裝(zhuang)、調♌試及維(wei)修指導方(fāng)✏️法。