西(xī)安數控(kong)機床主(zhu)軸控制(zhì)系統根(gen)據機床(chuáng)性能一(yi)般有變(bian)頻控制(zhi)與串行(háng)控制兩(liǎng)種方式(shì)，如經濟(ji)型數控(kong)機床主(zhu)軸控制(zhì)通常采(cǎi)用變頻(pin)調速控(kòng)制㊙️;數控(kòng)銑、加工(gōng)中心主(zhu)軸控制(zhì)通常♋采(cǎi)用交流(liu)主軸驅(qu)動器來(lái)實現主(zhǔ)軸串行(hang)控制。在(zài)生産實(shi)踐中，各(gè)廠家在(zài)數控機(ji)床主軸(zhóu)控制配(pèi)置上采(cǎi)取的策(cè)略都是(shì)滿足使(shi)用要求(qiú)情況下(xia)盡量🏃🏻‍♂️降(jiang)低配置(zhi)。主軸采(cai)用通用(yong)變頻🧡器(qì)調速時(shí)隻能進(jin)行簡單(dān)的速度(du)控制，它(ta)是利用(yòng)數控系(xì)統輸出(chu)模拟量(liang)電壓作(zuò)為變頻(pin)器速🤞度(du)控制信(xìn)号，通過(guo)數控系(xì)統 PMC 程🌈序(xù)為變頻(pin)器提供(gong)正反轉(zhuǎn)信号🔴，從(cóng)而控制(zhì)電機實(shí)現正反(fǎn)轉。串行(háng)主軸控(kong)制指的(de)是在主(zhǔ)軸控制(zhi)系統中(zhōng)🔞采用交(jiao)流主軸(zhou)驅動器(qi)來實現(xian)主軸控(kòng)制的方(fang)式，如 FANUC-0iC/D 系(xì) 統 一 般(ban) 配 置 專(zhuān) 用 的FANUC交(jiāo)流伺服(fú)驅動器(qi)及伺服(fu)電機實(shi)現主👉軸(zhou)串行控(kòng)制。串行(hang)主軸不(bú)僅能較(jiào)好地實(shi)現速度(dù)控制，而(er)且可通(tong)過 CNC實現(xian)主軸定(dìng)向準停(ting)、定位和(he) Cs軸等位(wei)置控制(zhì)功能。對(duì)比這♉兩(liǎng)種主軸(zhóu)控制方(fang)式可見(jian)，串行主(zhǔ)軸控制(zhi)方式♋較(jiao)通用變(biàn)頻器主(zhu)軸控制(zhì)✨方式 功(gōng)能強🏃🏻‍♂️大(dà)、配置高(gao)。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(gao)，因此造(zào)成😄了數(shù)控機床(chuang)整機成(chéng)本也相(xiang)對較高(gāo)。生産實(shi)際中，很(hen)多經濟(jì)型數控(kong)機床主(zhǔ)軸都采(cai)用通用(yong)變頻器(qì)調速或(huo)專用變(biàn)頻器調(diào)速方式(shi)，以降低(dī)成本。本(běn)文主要(yao)介紹主(zhǔ)軸采用(yong)通🔱用變(bian)頻器調(diao)速方式(shì)時的調(diào)試方法(fǎ)。

1.數控機(jī)床主軸(zhóu)通用變(biàn)頻調速(su)控制

數(shù)控機床(chuang)主軸采(cǎi)用通用(yong)變頻調(diào)速控制(zhi)方式時(shí)，典型的(de)硬件配(pèi)置為數(shù)控裝置(zhi)、通用變(bian)頻器及(jí)普通三(sān)相異🚩步(bù)電動機(jī)⭐。在主軸(zhou)調試時(shí)，首先應(yīng)正确完(wan)成變❤️頻(pín)器與電(diàn)機及數(shu)控裝置(zhì)的硬件(jian)接線;其(qí)次是完(wan)成主軸(zhóu)控制PMC梯(tī)形圖程(cheng)💋序的設(she)計及輸(shū)入。主軸(zhóu)的速度(dù)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻控制通(tōng)過數控(kong)系統的(de)模拟量(liang)輸出電(diàn)壓實現(xian)，正反轉(zhuǎn)控制通(tong)過PMC程✍️序(xù)來實現(xiàn)。

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(tǒng)的亞龍(lóng)559數控裝(zhuāng)調實訓(xun)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(bian)頻器型(xing)号為歐(ōu)姆❓龍G3JZ，其(qi)硬件接(jiē)線如圖(tu)1所示。變(biàn)頻器的(de) U、V、W 端子🐪直(zhí)接接三(san)相異步(bu)電動機(jī)。L1、L2、L3 端 子 經(jing) 交 流 接(jie) 觸 器KM、低(di)壓斷路(lù)器 QF4接入(rù)電源。S1、S2端(duan)子分别(bié)通過中(zhong)✌️間繼電(dian)器 KA5、KA6 的 常(cháng)開觸點(diǎn)接 至 公(gong)共端子(zi)🚶‍♀️SC，KA5、KA6常開觸(chù)點不能(néng)同時閉(bì)合，它們(men)分别控(kong)制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)。A1、AC 端子接(jiē)至數控(kòng)系統⛹🏻‍♀️的(de)JA40接口🈲，接(jiē)收來自(zì)數控系(xi)💯統的模(mó)拟量信(xìn)号以控(kòng)制主軸(zhóu)的轉🔞速(sù)，模拟量(liang)一般為(wei)0V～10V 的🔴電壓(ya)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(tu)程序

數(shu)控機床(chuang)主軸正(zheng)、反轉是(shì)通過 PMC 梯(tī)形圖程(chéng)序進行(hang)控💰制的(de)，根據主(zhǔ)軸控制(zhì)方式(如(rú)模拟量(liàng)控制和(hé)串行控(kòng)制方💋式(shi))的不同(tong)，其 PMC 梯形(xíng)圖程序(xu)也有所(suo)不同。圖(tú)2為配備(bei) FANUC-0imateMD 數控🚶‍♀️系(xi)統的亞(yà)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(cheng)🛀序，現将(jiāng)輸入、輸(shu)出進行(hang)說✊明，如(rú)表1所示(shi)。梯形圖(tu)程序中(zhong)，第一、二(er)行表🌈示(shì)通過數(shu)控機床(chuang)操作面(miàn)闆上的(de)正♋反轉(zhuan)按鍵控(kong)制機床(chuáng)主軸進(jin)行正反(fǎn)轉;第三(san)、四行表(biao)示利用(yòng)加工編(biān)程程序(xu)指令控(kòng)制數控(kòng)機床主(zhu)軸進行(hang)正反轉(zhuan);R0100.0中間信(xin)号表✏️示(shi)數控機(ji)床工作(zuò)方式選(xuǎn)擇🏃‍♂️中的(de)“手動”、“手(shou)輪”工作(zuò)方式。觀(guān)察 PMC 梯形(xing)圖程序(xu)可知，通(tōng)🤟過數控(kong)機床操(cao)作面闆(pǎn)上的正(zhèng)反轉按(àn)鍵進行(háng)主軸控(kòng)制💯時，工(gong)作方式(shì)選擇開(kāi)關必須(xū)選擇“手(shǒu)動”或“手(shou)輪📧”工作(zuò)方式📞，使(shǐ) R0100.0 中間信(xin)号為 1;RST信(xìn)号為複(fú)位信号(hao)，其地址(zhǐ)為 F1.1，通過(guò)數控系(xi)統操作(zuo)面闆上(shàng)的複位(wei)按鍵來(lai)實現系(xi)統複位(wei)操作;M19為(wei)主🈚軸準(zhǔn)停信号(hào)，對于通(tong)用變頻(pín)調速而(er) 言，該信(xìn)❄️号無實(shi)際意♊義(yi);串聯 于(yú) 程 序 中(zhong) 的 X0002.4 與 X0002.7、M03 與(yǔ)M04常閉觸(chù)點構👄成(chéng)了正、反(fan)轉互鎖(suo)保護信(xìn)号，X0002.5與 M05常(cháng)閉觸點(diǎn)為停止(zhi)信号，當(dang)手動操(cao)作停止(zhǐ)或程序(xù)指令中(zhong)遇到 M05指(zhǐ)令時，PMC程(chéng)序無輸(shū)出信号(hào)，主軸停(tíng)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(chang)開觸點(dian)接至實(shí)際的輸(shu)出 Y0005.5、Y0005.6，即可(ke)實現電(dian)路中線(xiàn)圈的實(shí)際控制(zhi)。

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(xi)統參數(shù)設置

主(zhǔ)軸調速(su)控制系(xì)統在硬(yìng)件接線(xian)、PMC程序編(bian)輯完成(cheng)的情況(kuang)下，還👄需(xu)正确設(shè)置數控(kòng)系統參(can)數與變(biàn)頻器參(can)數才⛹🏻‍♀️能(neng)保證主(zhu)軸正🏃‍♂️确(què)運轉。數(shù)控系統(tong)參數設(shè)定時🐇，一(yī)部分參(cān)數可✨以(yǐ)直接查(cha)閱系統(tong)參數手(shou)冊直接(jie)設定，但(dàn)也有個(ge)别參數(shu)🏃‍♂️需要進(jin)行計算(suàn)後才能(neng)設定。

2.1設(shè)置主軸(zhou)控制系(xi)統參數(shu)

FANUC-0imateMD系統采(cai)用模拟(nǐ)量主軸(zhóu)控制方(fāng)式時，除(chu)了增益(yi)調整參(can)🈲數☂️3730、漂移(yi)調整3731兩(liang)個參數(shù)需要計(ji)算後才(cai)能設定(ding)外，其餘(yu)參數設(she)定如表(biǎo)👨‍❤️‍👨2所示。

2.2　增(zeng)益及漂(piao)移參數(shu)的計算(suàn)

FS-0iD系統中(zhong)參數3731為(wéi)模拟量(liàng)輸出時(shi)的漂移(yi)調整參(can)數，其功(gōng)能是改(gai)變S0轉速(sù)所對應(yīng)的模拟(ni)量電壓(yā)輸出值(zhi)，參數設(shè)定範圍(wéi)為 -1　024～1　024。在模(mó)拟量控(kòng)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(shang)❌應為0V，但(dàn)經萬用(yong)表檢查(chá)發現實(shí)際輸出(chū)電壓通(tōng)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(dian)壓盡量(liàng)接❤️近于(yu)0V。

3731參數設(shè)定值可(kě)按下式(shi)計算：

表(biao)2　主軸控(kong)制系統(tong)參數設(she)置

FS-0iD系統中(zhōng)參數3730為(wei)模拟量(liàng)輸出時(shí)的增益(yì)調整參(cān)數，該參(can)數可💃🏻改(gai)變🌈較高(gao)主軸轉(zhuǎn)速Smax所對(dui)應的模(mo)拟量輸(shū)出值，并(bìng)改變輸(shu)出電壓(yā)❌和轉速(su)的比例(li)。參數3730以(yi) 百 分 率(lü) 的 形 式(shì) 設 定，設(shè) 定 值 範(fan) 圍 為 700～1　250，單(dan)位為0.1%。當(dang)🔞設定值(zhí)為1　000時，較(jiào)高轉速(sù)Smax所對應(ying)的模拟(ni)量輸出(chu)為10V。如果(guǒ)實際值(zhí)大于或(huo)小于10V，可(ke)改變3730參(cān)數調整(zhěng)增益值(zhí)，使較高(gao)轉速Smax所(suǒ)🙇‍♀️對應的(de)模拟量(liàng)輸出盡(jin)量接近(jin)☀️于10V。3730參數(shu)設定值(zhi)🤞可按下(xia)式計算(suàn)：

本文數(shu)控機床(chuang)配置 FANUC-0imateMD 系(xi)統，主軸(zhóu)為通用(yòng)變頻調(diào)速系統(tǒng)。為⛷️了優(you)🌂化主軸(zhou)性能，必(bi)須計算(suan)和設定(ding)漂移、增(zeng)益調整(zheng)參數。表(biao)3為🐅漂移(yí)和增益(yi)參數設(shè)定前、後(hou)主軸在(zài)不同轉(zhuǎn)速時所(suǒ)對應的(de)♍頻率及(ji)實測電(dian)🌂壓值。由(yóu)表3可知(zhī)，當3730、3731參數(shu)👌設定值(zhí)均為0，主(zhu)軸轉速(sù)為S0時，變(biàn)頻器輸(shū)出頻率(lǜ)值為0，利(li)用萬用(yong)表實測(ce)輸出電(dian)壓為-0.048V。先(xiān)進行漂(piao)移參數(shù)計算，可(kě)得漂移(yí)參數值(zhí)3731=26，因為漂(piao)移将同(tóng)時影💜響(xiang)較高轉(zhuan)速Smax對應(ying)的輸出(chu)電壓。以(yǐ)表3為例(lì)，即較高(gao)轉🌈速為(wei)1　400r/min時實測(cè)的模拟(ni)量輸出(chū)電壓為(wei)9.93V，包含✊了(le)-0.048V 的漂移(yi)電壓，所(suǒ)以在計(jì)算增益(yi)調整參(cān)數時，必(bì)須将漂(piāo)移電壓(yā)考慮進(jìn)去再進(jin)行增益(yì)參數計(jì)算，較終(zhōng)計算得(de)增益參(can)數值3730=1011。

表(biao)3　設置增(zēng)益及漂(piao)移參數(shu)

模拟量(liang)輸出的(de)漂移特(te)性曲線(xian)如圖3所(suo)示，調整(zheng)漂移參(cān)數可改(gai)👄變轉速(sù)S0所對應(ying)的電壓(yā)輸出值(zhí)，使特性(xing)曲線上(shang)下平移(yi)。本例中(zhong)漂移參(can)數設定(dìng)為0時，實(shí)測S0轉速(sù)對應電(diàn)壓為-0.048V，特(tè)性曲線(xian)為負向(xiàng)漂移曲(qǔ)線。經計(ji)算和設(shè)定漂移(yi)參數後(hou)，再次實(shi)測漂移(yí)電壓為(wei)-0.002V，基本接(jiē)近💯于0V，特(tè)性曲線(xian)基本接(jie)近理想(xiang)特性曲(qǔ)線。

模拟(nǐ)量輸出(chu)增益調(diào)整特性(xìng)曲線如(ru)圖4所示(shi)，調整增(zēng)益參數(shù)可改💯變(bian)較大轉(zhuǎn)速所對(duì)應的模(mo)拟量電(dian)壓輸出(chū)值🐅，使特(te)性曲💰線(xian)的斜率(lü)🐉發生變(bian)化。本例(lì)中增益(yi)參數設(she)定為0時(shi)，實測較(jiào)大✌️轉速(sù)對應的(de)電壓為(wéi)9.93V，可見特(te)性曲線(xian)為增益(yì)過小🈲。經(jing)計算、設(shè)定增益(yì)參數後(hou)，再次實(shi)測較大(dà)轉速對(duì)應電壓(yā)變為10V，增(zēng)益特🔞性(xìng)變為理(lǐ)想特性(xìng)曲線。

3.結(jié)語

本文(wen)詳細介(jie)紹了數(shù)控機床(chuáng)主軸通(tong)用變頻(pin)調速方(fāng)式的✍️硬(ying)件接線(xian)、PMC梯形圖(tú)程序設(she)計及系(xi)統參數(shù)設定方(fāng)法。在完(wan)成主軸(zhóu)控制功(gong)能的情(qing)況下，為(wéi)了使主(zhǔ)軸🎯系統(tǒng)性能達(dá)到🤟理想(xiǎng)狀态，利(li)用萬用(yong)表對主(zhǔ)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(shí)測，并經(jīng)過漂移(yi)、增益調(diào)整參數(shù)的計算(suan)、設定及(ji)實🌐際測(cè)量，使主(zhǔ)軸速度(dù)輸出特(tè)性達到(dao)理想狀(zhuàng)态。為廣(guang)大數控(kong)機💋床維(wei)修維護(hu)人💔員提(tí)供了通(tōng)俗易懂(dong)的變頻(pín)主軸系(xi)統安裝(zhuang)、調🍓試及(ji)維修指(zhǐ)導方🐕法(fǎ)。