西安(an)數控機床(chuang)主軸控制(zhi)系統根據(ju)機床性能(neng)一般有變(bian)頻控制與(yu)串行控制(zhi)兩種方式(shi)，如經濟型(xing)數控機床(chuang)主軸控制(zhi)👩🏿‍❤️‍💋‍👨🏽通常采用(yong)變頻調速(su)控制;數控(kong)銑、加工中(zhong)心主軸控(kong)制通常采(cai)用交流主(zhu)軸驅動器(qi)來實現👨🏻‍🏭主(zhu)軸串行控(kong)制。在生産(chan)👹實踐中，各(ge)廠家在數(shu)控機床主(zhu)軸控制配(pei)置上采取(qu)的策略都(dou)是滿足使(shi)用要求情(qing)況下盡量(liang)降低配置(zhi)。主軸👾采用(yong)通用變頻(pin)器調速時(shi)隻能進行(hang)簡單的速(su)😈度控制，它(ta)是利用數(shu)控系統輸(shu)出模拟量(liang)電壓作為(wei)變頻器速(su)度控制信(xin)号，通過數(shu)👿控系統 PMC 程(cheng)序為變頻(pin)🛌🏻器提供正(zheng)反轉信号(hao)，從而控制(zhi)電機實現(xian)正反轉。串(chuan)行主軸控(kong)制指的是(shi)在主軸控(kong)制系統中(zhong)采用交流(liu)主軸驅動(dong)器來實😝現(xian)主軸控制(zhi)的方式，如(ru)👺 FANUC-0iC/D 系 統 一 般(ban) 配 置 專 用(yong) 的FANUC交🧑🏽‍🎄流伺(si)服驅動器(qi)及伺服電(dian)機實現主(zhu)🤶🏾軸串行控(kong)制。串行主(zhu)軸不僅👯🏾‍♂️能(neng)較好地實(shi)現速度控(kong)制，而且可(ke)通過 CNC實現(xian)主軸定向(xiang)準停、定👽位(wei)💘和 Cs軸等位(wei)置控制功(gong)能。對比這(zhe)兩種主💌軸(zhou)控制方式(shi)可見㊙️，串行(hang)主軸控制(zhi)方式較通(tong)用變頻器(qi)👼🏾主軸控制(zhi)方式 功能(neng)強大、配置(zhi)高。由于交(jiao)流主軸驅(qu)動器及配(pei)😮‍💨套的專用(yong)電機成本(ben)較高，因此(ci)造成了數(shu)控機床整(zheng)機成本也(ye)相對較高(gao)。生産實👯🏾‍♂️際(ji)中，很多經(jing)濟型數控(kong)🧑🏻‍❤️‍🧑🏼機床主軸(zhou)都采用通(tong)用變頻器(qi)調速或專(zhuan)用變😮‍💨頻器(qi)調速方式(shi)，以降低成(cheng)本。本文主(zhu)🛀🏼要介紹主(zhu)軸采用通(tong)用變頻器(qi)調速方式(shi)時的調試(shi)方法。

1.數控(kong)機床主軸(zhou)通用變頻(pin)調速控制(zhi)

數控機床(chuang)主軸采用(yong)通用變頻(pin)調速控制(zhi)方式時，典(dian)型的硬件(jian)配🎅🏿置為數(shu)控裝置、通(tong)用變頻器(qi)及普通三(san)相異步電(dian)動機。在主(zhu)🙂‍↔️軸調⛹🏻‍♂️試時(shi)，首先應正(zheng)确完成變(bian)💔頻器與電(dian)機及👽數控(kong)裝🧑🏽‍❤️‍💋‍🧑🏻置的硬(ying)件接線;其(qi)次是完成(cheng)主軸控制(zhi)PMC梯形圖程(cheng)序的設計(ji)及輸入。主(zhu)軸的速度(du)控制通過(guo)數控系統(tong)的模拟量(liang)輸出電壓(ya)實現，正反(fan)轉控制通(tong)過PMC程序來(lai)實現。

1.1變頻(pin)調速控制(zhi)硬件接線(xian)圖

本文以(yi)配備 FANUC-0imateMD 系統(tong)的亞龍559數(shu)控裝調實(shi)訓設備為(wei)例來進✡️行(hang)🧛🏾‍♀️介紹。其主(zhu)軸采用通(tong)用變頻器(qi)調速控制(zhi)，選用的變(bian)頻😸器型号(hao)為歐姆龍(long)G3JZ，其硬件接(jie)線如圖1所(suo)示😘。變頻器(qi)的 U、V、W 端子直(zhi)接接三相(xiang)異步電動(dong)機。L1、L2、L3 端 子 經(jing) 交🧑🏽‍🎄 流 接 觸(chu) 器KM、低壓斷(duan)路器 QF4接入(ru)電👾源。S1、S2端子(zi)分别通過(guo)中間繼電(dian)器 KA5、KA6 的 常開(kai)觸點接 至(zhi) 公共端子(zi)SC，KA5、KA6常開觸點(dian)不能同時(shi)閉合，它們(men)分别控制(zhi)電機正、反(fan)轉。A1、AC 端子✡️接(jie)至數控系(xi)統的JA40接口(kou)，接收來自(zi)數控系統(tong)的模拟量(liang)信🙂‍↕️号以控(kong)制主軸的(de)轉速，模拟(ni)量一般為(wei)0V～10V 的電壓信(xin)号。

圖1　變頻(pin)器硬件接(jie)線圖

1.2變頻(pin)調速控制(zhi)梯形圖程(cheng)序

數控機(ji)床主軸正(zheng)、反轉是通(tong)過 PMC 梯形圖(tu)程序進行(hang)控制的，根(gen)🙂‍↕️據主軸控(kong)制方式(如(ru)模拟量控(kong)制和串行(hang)控👀制方式(shi))的不同，其(qi) PMC 梯形圖程(cheng)序也有所(suo)不同。圖2為(wei)配備 FANUC-0imateMD 數控(kong)系統的亞(ya)龍559數控銑(xi)床的模拟(ni)量主軸控(kong)制 PMC 梯形圖(tu)程⛹🏻‍♂️序。為便(bian)于🏊🏿‍♀️分析識(shi)讀😮‍💨主軸控(kong)制 PMC 梯形圖(tu)程序，現将(jiang)輸入、輸出(chu)進行說明(ming)，如表1所示(shi)。梯形圖程(cheng)序中，第一(yi)、二行表示(shi)通過數控(kong)機床操作(zuo)面闆上🙉的(de)正反轉按(an)鍵控制機(ji)床主軸進(jin)行正反轉(zhuan);第三、四行(hang)表示利用(yong)加工編程(cheng)程序指令(ling)控制數控(kong)機床主軸(zhou)進👩🏿‍❤️‍💋‍👨🏽行正反(fan)轉;R0100.0中間信(xin)号表示數(shu)控機床工(gong)作方式選(xuan)擇👌中的“手(shou)動”、“手輪”工(gong)作方式。觀(guan)察 PMC 梯形圖(tu)程序可知(zhi)，通過數控(kong)機床操作(zuo)面闆上的(de)正反轉按(an)鍵進行主(zhu)軸控制時(shi)，工作方式(shi)選擇開關(guan)必須選擇(ze)“手動”或“手(shou)輪”工作方(fang)式🧎🏻‍♀️‍➡️，使 R0100.0 中間(jian)信号為 1;RST信(xin)号為💫複位(wei)信号，其地(di)址👼🏾為 F1.1，通過(guo)數控系統(tong)操作面闆(pan)上的複位(wei)按鍵來實(shi)現ˇ系統複(fu)位操作;M19為(wei)主軸準停(ting)信号，對于(yu)通用變頻(pin)調速而 言(yan)，該信👹号無(wu)實際意義(yi);串聯 于 程(cheng) 序 中 的 X0002.4 與(yu) X0002.7、M03 與M04常閉觸(chu)點構👽成了(le)正、反轉互(hu)鎖保護信(xin)号，X0002.5與 M05常閉(bi)觸🧎🏻‍♀️‍➡️點為停(ting)止信号，當(dang)手👩‍🍼動操作(zuo)停止或程(cheng)序指令💞中(zhong)遇到 M05指令(ling)時，PMC程序無(wu)輸出信号(hao)，主軸停止(zhi) 轉動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信号(hao)為主軸正(zheng)反轉的中(zhong)間輸出信(xin)号，将其常(chang)開觸點接(jie)至實際的(de)輸出… Y0005.5、Y0005.6，即可(ke)實現電路(lu)中線圈的(de)實際控制(zhi)。

圖2　數控銑(xi)床主軸控(kong)制

PMC梯形圖(tu)表1　輸入、輸(shu)出信号及(ji)含義表1。

2.數(shu)控系統參(can)數設置

主(zhu)軸調速控(kong)制系統在(zai)硬件接線(xian)、PMC程序編輯(ji)完成的情(qing)況下🤑，還需(xu)正确設置(zhi)數控系統(tong)參數與變(bian)頻器參數(shu)才👩🏽‍🐰‍👩🏿能保證(zheng)主軸正🔞确(que)運轉。數控(kong)系統參數(shu)設定時，一(yi)部分🧛🏾‍♀️參數(shu)可以直接(jie)查閱系統(tong)參數手冊(ce)直接設定(ding)，但也有💞個(ge)别參數需(xu)要進行計(ji)算後才能(neng)設定。

2.1設置(zhi)主軸控制(zhi)系統參數(shu)

FANUC-0imateMD系統采用(yong)模拟量主(zhu)軸控制方(fang)式時，除了(le)增益調整(zheng)參數3730、漂移(yi)😘調整3731兩個(ge)參數需要(yao)計算後才(cai)能設定外(wai)，其餘🎅🏿參數(shu)設定如表(biao)2所示。

2.2　增益(yi)及漂移參(can)數的計算(suan)

FS-0iD系統中參(can)數3731為模拟(ni)量輸出時(shi)的漂移調(diao)整參數，其(qi)功能是改(gai)✋變🙂‍↔️S0轉速所(suo)對應的模(mo)拟量電壓(ya)輸出值，參(can)數設定範(fan)圍為 -1　024～1　024。在模(mo)😘拟量控制(zhi)時，當主軸(zhou)轉速為S0時(shi)，其對應的(de)模拟量輸(shu)出🙂‍↕️電壓在(zai)理論上應(ying)為0V，但經萬(wan)🤑用表檢查(cha)發現實際(ji)輸出電壓(ya)通常大于(yu)或小于0V，此(ci)時，則需設(she)置🛀🏼3731參數，使(shi)輸出電壓(ya)盡量接近(jin)于0V。

3731參數設(she)定值可按(an)下式計算(suan)：

表2　主軸控(kong)制系統參(can)數設置

FS-0iD系(xi)統中參數(shu)3730為模拟量(liang)輸出時的(de)增益調整(zheng)參數，該參(can)😘數可🚶🏾‍♀️‍➡️改變(bian)🏃🏻‍♀️較高主軸(zhou)轉速Smax所對(dui)應的模拟(ni)量輸出值(zhi)，并改變輸(shu)出電壓和(he)轉速的比(bi)例。參數3730以(yi) 百 分 率 的(de) 形 式 設 定(ding)，設 定 值 範(fan) 圍 為 700～1　250，單🙂‍↕️位(wei)為0.1%。當設定(ding)值為1　000時，較(jiao)高轉速Smax所(suo)對應的模(mo)拟量輸出(chu)為10V。如果實(shi)際值大于(yu)或小于10V，可(ke)改變3730參數(shu)調🧑🏽‍🎄整增益(yi)值，使✍🏻較高(gao)轉速Smax所對(dui)應的模拟(ni)量輸出盡(jin)量接近于(yu)10V。3730參數設定(ding)值可按下(xia)式計算：

本(ben)文數控機(ji)床配置 FANUC-0imateMD 系(xi)統，主軸為(wei)通用變頻(pin)調速系統(tong)。為了優化(hua)主軸性能(neng)，必須計算(suan)和設定漂(piao)移、增益⛹🏻‍♂️調(diao)整參數。表(biao)3為漂移和(he)增益參數(shu)設定前、後(hou)主軸在㊙️不(bu)同轉速時(shi)所對應的(de)頻率及實(shi)測電壓值(zhi)。由表3可知(zhi)，當3730、3731參數🤑設(she)定值均為(wei)0，主軸轉速(su)為S0時，變頻(pin)器輸出頻(pin)率值為0，利(li)🙂‍↔️用萬用表(biao)實測輸出(chu)電壓為-0.048V。先(xian)進行漂移(yi)參數計算(suan)，可得漂移(yi)參數值3731=26，因(yin)為漂移将(jiang)同時影響(xiang)較高轉👺速(su)Smax對應的輸(shu)出電壓。以(yi)表✋3為例，即(ji)較高轉速(su)為1　400r/min時實測(ce)的模拟量(liang)輸出電壓(ya)為9.93V，包含了(le)-0.048V 的漂移電(dian)壓，所以在(zai)計算增益(yi)調整參💑🏾數(shu)時，必須将(jiang)漂移電壓(ya)考慮進去(qu)再進😗行增(zeng)益參數計(ji)算，較終計(ji)算得增👾益(yi)參數值3730=1011。

表(biao)3　設置增益(yi)及漂移參(can)數

模(mo)拟量輸出(chu)的漂移特(te)性曲線如(ru)圖3所示，調(diao)整漂移參(can)數可改變(bian)轉速S0所對(dui)應的電壓(ya)輸出值，使(shi)特性曲線(xian)上🙈下平移(yi)。本例中漂(piao)移參數設(she)定為0時，實(shi)測S0轉速對(dui)應電壓為(wei)-0.048V，特性曲線(xian)為負向漂(piao)移曲線。經(jing)計算和設(she)定漂移參(can)數後，再😁次(ci)實測漂移(yi)電壓為-0.002V，基(ji)本接近于(yu)0V，特性曲線(xian)基本接近(jin)理想特性(xing)曲線。

模拟(ni)量輸出增(zeng)益調整特(te)性曲線如(ru)圖4所示，調(diao)整增益參(can)🧛🏾‍♀️數可改變(bian)較大轉速(su)所對應的(de)模拟量電(dian)壓輸💯出值(zhi)，使特性曲(qu)線的斜率(lü)發生變化(hua)。本例中增(zeng)益參數設(she)定為0時，實(shi)測較大轉(zhuan)速對應的(de)電壓為9.93V，可(ke)見特性曲(qu)線為增益(yi)過小🛌🏻。經計(ji)算、設定增(zeng)益參數後(hou)，再次實測(ce)較大轉😁速(su)對應電壓(ya)變為10V，增益(yi)特性變為(wei)理想特性(xing)曲線。

3.結語(yu)

本文詳細(xi)介紹了數(shu)控機床主(zhu)軸通用變(bian)頻調速方(fang)式的🧛🏾‍♀️硬件(jian)接🙉線、PMC梯形(xing)圖程序設(she)計及系統(tong)參數設定(ding)方法。在完(wan)成主軸控(kong)制功能的(de)情況下，為(wei)了使主軸(zhou)🧛🏾‍♀️系統性🎅🏿能(neng)達到理想(xiang)狀💘态，利用(yong)🛀🏼萬用表對(dui)主軸不同(tong)速度輸出(chu)時對應的(de)模拟量電(dian)壓信号進(jin)行了反複(fu)💯實測，并經(jing)過漂移、增(zeng)益調整參(can)數的計算(suan)、設定及實(shi)🔞際測量，使(shi)主軸速度(du)輸出特性(xing)達到理想(xiang)狀态。為廣(guang)大數控機(ji)床維修維(wei)護人員提(ti)供了通俗(su)易懂的變(bian)頻主軸系(xi)統安裝、調(diao)試及維修(xiu)指導方👩🏼‍❤️‍👨🏾法(fa)。