西(xī)安數控(kong)機床主(zhu)軸控制(zhì)系統根(gēn)據機床(chuang)性能一(yī)般有變(biàn)頻控制(zhi)與🔞串行(háng)控制兩(liǎng)種方式(shi)，如經濟(jì)型數控(kòng)機床主(zhǔ)軸控制(zhi)通常☔采(cǎi)用變頻(pín)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(liú)主軸驅(qū)動器來(lái)實現主(zhu)軸串行(háng)控制。在(zài)生産實(shí)踐中，各(ge)廠家在(zài)數控機(jī)床主💋軸(zhou)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(zhì)。主軸采(cǎi)用通用(yòng)變頻器(qi)調速時(shi)隻能進(jin)行簡單(dān)的速度(du)控制，它(tā)是利用(yong)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(xin)号，通過(guò)數🙇🏻控系(xi)統 PMC 程序(xu)為變頻(pín)器提供(gòng)正反轉(zhuan)信号🧡，從(cong)而控制(zhi)電機♌實(shi)現正反(fan)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(jiāo)流主✏️軸(zhóu)驅動器(qì)來實現(xiàn)主軸控(kong)制的方(fang)式，如 FANUC-0iC/D 系(xi) 統 一 般(bān) 配 置 專(zhuān) 用 的FANUC交(jiāo)流伺服(fú)驅動器(qi)及伺服(fú)電機實(shi)現主軸(zhou)串行控(kong)制。串行(háng)主軸不(bú)僅能較(jiao)好地實(shí)現速度(dù)控制，而(er)⚽且可通(tong)過 CNC實現(xian)主軸❄️定(ding)向準停(ting)、定位✊和(he) Cs軸等位(wèi)置控制(zhi)功能。對(duì)比這兩(liǎng)種主軸(zhou)控制方(fang)式📱可見(jiàn)，串行主(zhǔ)軸控制(zhi)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(jiao)💛流主軸(zhóu)驅動器(qi)及配套(tao)的專用(yòng)電機成(chéng)本較高(gāo)，因此造(zào)成💛了數(shu)控機床(chuáng)整機成(chéng)本也相(xiang)對較高(gao)。生産實(shi)㊙️際中，很(hěn)多經濟(ji)型數控(kòng)機床主(zhǔ)軸都采(cǎi)用通用(yong)變頻器(qì)調速或(huò)專用變(bian)頻器🔞調(diào)速方式(shi)，以降低(dī)成本。本(ben)文主要(yao)介紹主(zhu)軸采用(yong)通用變(bian)頻器調(diao)速方式(shi)時的調(diào)試方法(fǎ)。

1.數控機(jī)床主軸(zhou)通用變(biàn)頻調速(sù)控制

數(shu)控機床(chuáng)主軸采(cai)用通用(yòng)變頻調(diao)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(biàn)頻器及(ji)普通三(san)🙇‍♀️相異步(bu)電動機(ji)。在主軸(zhóu)調試時(shí)，首先應(ying)正确完(wán)成變❓頻(pín)器與電(diàn)機及🏃‍♀️數(shù)控裝置(zhi)的硬件(jian)接線;其(qi)次是完(wan)成主軸(zhóu)控制PMC梯(ti)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(dian)壓實現(xian)，正反💃🏻轉(zhuǎn)控制通(tong)過PMC程序(xu)來實現(xiàn)。

1.1變頻調(diào)速控制(zhi)硬件接(jiē)線圖

本(běn)文以配(pèi)備 FANUC-0imateMD 系統(tǒng)的亞龍(long)559數控裝(zhuang)調實訓(xùn)設備為(wéi)例🐉來進(jin)🙇‍♀️行介紹(shào)。其主軸(zhou)采用通(tōng)用變頻(pín)器調速(su)控制，選(xuǎn)用的變(biàn)頻器型(xíng)🍉号為歐(ou)姆龍G3JZ，其(qi)硬件接(jie)線如圖(tú)1所示。變(bian)頻器的(de) U、V、W 端子❗直(zhi)接接三(sān)相異步(bu)電動機(ji)。L1、L2、L3 端 子 經(jīng) 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(zhong)間繼電(dian)器 KA5、KA6 的❗ 常(cháng)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(bi)合，它們(men)分别控(kong)制電機(ji)正、反轉(zhuan)。A1、AC 端子接(jie)至數控(kòng)系統的(de)JA40接口👣，接(jie)收來自(zi)數控系(xi)統的模(mo)拟量信(xìn)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(tú)

1.2變頻調(diao)速控制(zhi)梯形圖(tu)程序

數(shù)控機床(chuáng)主軸正(zhèng)、反轉是(shì)通過 PMC 梯(tī)形圖程(chéng)序進行(hang)控制的(de)，根據🔞主(zhu)軸控制(zhì)方式(如(rú)模拟量(liang)控制和(hé)串行控(kong)制方式(shi))的❤️不同(tóng)，其 PMC 梯形(xing)圖程序(xu)也有所(suǒ)不同。圖(tu)2為配備(bèi) 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(kong)制 PMC 梯形(xing)圖程序(xù)。為便于(yú)分析識(shi)讀主軸(zhóu)控制 PMC 梯(tī)形圖程(cheng)序，現将(jiāng)輸入、輸(shū)出進行(hang)說明，如(ru)表1所示(shi)。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(kong)制機床(chuáng)主軸進(jìn)行正反(fǎn)轉;第三(san)、四行表(biao)示利用(yòng)加工編(biān)程程❤️序(xù)指令控(kong)制數控(kòng)機床主(zhu)軸進行(háng)正反轉(zhuan);R0100.0中間信(xìn)号表示(shì)數控機(jī)床工作(zuo)方式選(xuan)擇中的(de)“手動”、“手(shou)輪”工作(zuo)方式。觀(guan)察 PMC 梯形(xíng)圖程序(xù)可知，通(tong)過數控(kong)機床操(cāo)作面闆(pan)上的正(zhèng)反轉按(àn)鍵進行(hang)主軸控(kòng)制時，工(gong)作方式(shi)選擇開(kāi)關必須(xu)選擇“手(shou)動”或“手(shǒu)輪”工作(zuo)方式，使(shǐ) R0100.0 中間信(xin)号為 1;RST信(xin)号為複(fú)位信号(hao)，其地址(zhǐ)為 F1.1，通過(guò)數控系(xì)💛統操🌏作(zuò)面闆上(shàng)的複💘位(wei)按鍵來(lái)實現系(xì)統複位(wèi)操作;M19為(wéi)主軸準(zhǔn)停信号(hào)，對于通(tōng)用變頻(pín)調🧑🏾‍🤝‍🧑🏼速而(er) 言，該信(xin)⭐号無實(shi)際意🐇義(yi);串聯 于(yú) 程 序🈲 中(zhōng) 的 X0002.4 與 X0002.7、M03 與(yǔ)M04常閉觸(chù)點構成(cheng)了正、反(fǎn)轉互鎖(suǒ)保護信(xin)号，X0002.5與 M05常(chang)閉觸☎️點(dian)為停止(zhǐ)信号，當(dāng)手動操(cao)作停止(zhi)或程序(xu)指令中(zhong)遇到 M05指(zhǐ)令時，PMC程(cheng)序無輸(shū)出信号(hào)，主軸停(tíng)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(shū)出信号(hào)，将其常(cháng)開觸點(diǎn)💁接至實(shi)際的輸(shu)出 Y0005.5、Y0005.6，即可(kě)實現電(dian)路中線(xiàn)圈的實(shí)際❌控制(zhì)。

圖2　數(shu)控銑床(chuáng)主軸控(kòng)制

PMC梯形(xíng)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(shu)設置

主(zhu)軸調速(sù)控制系(xi)統在硬(yìng)件接線(xian)、PMC程序編(biān)輯完成(cheng)的☔情況(kuàng)下⛱️，還需(xū)正确設(she)置數控(kong)系統參(can)數與變(biàn)頻器參(cān)數才☀️能(neng)保證主(zhu)軸正确(que)運轉。數(shù)控系統(tǒng)參數設(shè)定時，一(yī)部分參(cān)數可以(yi)直接查(cha)閱系統(tong)參數手(shǒu)冊直接(jiē)設🍉定，但(dàn)也有個(gè)别參數(shu)需要進(jìn)行計算(suàn)後才能(neng)設定。

2.1設(shè)置主軸(zhóu)控制系(xì)統參數(shù)

FANUC-0imateMD系統采(cǎi)用模拟(nǐ)量主軸(zhóu)控制方(fang)式時，除(chu)了增益(yì)調整參(cān)數3730、漂移(yi)調整3731兩(liǎng)個參數(shu)需要計(jì)算後才(cai)能設定(dìng)外🏃🏻，其餘(yu)參數設(shè)定如表(biao)✊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(wei)模拟量(liàng)輸出時(shi)的漂移(yi)調整參(cān)數，其功(gong)🎯能是改(gǎi)變S0轉速(su)所對應(ying)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(mo)拟量控(kòng)制時，當(dāng)主軸轉(zhuan)速為S0時(shi)，其對應(ying)🧡的模拟(nǐ)量輸出(chu)💋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(tōng)常大于(yú)或小于(yú)0V，此🏃🏻時，則(zé)需設置(zhi)🈲3731參數，使(shi)輸出🚶電(dian)壓盡量(liang)接近于(yu)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(tǒng)參數設(shè)置

FS-0iD系統中(zhōng)參數3730為(wei)模拟量(liang)輸出時(shi)的增益(yi)調整參(cān)數，該參(cān)📞數🔴可改(gai)變📱較高(gao)主軸轉(zhuan)速Smax所對(duì)應的模(mo)拟量輸(shū)出值，并(bing)改變輸(shū)出電壓(ya)和轉🌂速(sù)的比例(li)。參數3730以(yi) 百 分 率(lǜ) 的 形 式(shi) 設 定，設(she) 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(jiao)高轉速(sù)Smax所對應(ying)的模拟(nǐ)量輸出(chu)為10V。如果(guo)實際值(zhí)大于或(huò)小于10V，可(ke)改變3730參(cān)數調整(zheng)增益值(zhi)，使較高(gāo)轉速Smax所(suo)對應的(de)模拟量(liang)輸出盡(jin)量接近(jìn)于10V。3730參數(shù)設定值(zhi)㊙️可按下(xia)式計算(suan)：

本文數(shù)控機床(chuang)配置 FANUC-0imateMD 系(xì)統，主軸(zhou)為通用(yòng)變頻調(diao)速系統(tǒng)。為了🈲優(you)化主軸(zhou)性能，必(bì)須計算(suan)和設定(ding)漂移、增(zeng)益調整(zhěng)參數。表(biao)3為漂移(yí)🏃‍♂️和增益(yì)參數設(she)定前、後(hòu)主軸在(zai)💰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(zhī)，當3730、3731參數(shù)設定值(zhí)均為0，主(zhǔ)軸轉♍速(su)為S0時，變(bian)♊頻器輸(shu)出🔴頻率(lü)值為0，利(li)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼用萬用(yòng)表實測(ce)輸出電(dian)壓為-0.048V。先(xiān)進行漂(piāo)移參數(shù)計算，可(kě)得漂移(yí)參數值(zhi)💰3731=26，因為漂(piāo)移将同(tong)時影響(xiǎng)較高轉(zhuǎn)🔞速Smax對應(yīng)的輸出(chu)電壓。以(yǐ)表3為例(lì)，即較高(gao)轉速♉為(wéi)1　400r/min時實測(cè)的模拟(nǐ)量輸出(chu)電壓為(wéi)9.93V，包含了(le)-0.048V 的漂移(yi)電壓，所(suo)以🙇🏻在計(jì)算增益(yi)調整參(can)數時，必(bi)須将漂(piāo)移電🌈壓(ya)考慮進(jìn)去再進(jìn)行增益(yi)參數計(ji)算，較終(zhong)計算得(de)增益參(can)數值3730=1011。

表(biao)3　設置增(zeng)益及漂(piāo)移參數(shù)

模拟量(liang)輸出的(de)漂移特(tè)性曲線(xiàn)如圖3所(suo)示，調整(zheng)漂移參(cān)數可改(gǎi)變轉速(su)S0所對應(ying)的電壓(yā)輸出值(zhí)，使特性(xing)曲線上(shang)下平移(yí)。本例中(zhōng)漂移🐆參(can)數設定(ding)為0時，實(shí)測S0轉速(sù)對應電(diàn)壓為-0.048V，特(tè)性曲線(xiàn)為負向(xiàng)漂移曲(qu)☂️線。經計(jì)算和設(shè)定漂移(yi)參數後(hòu)，再次實(shi)測漂移(yi)電壓為(wei)-0.002V，基本接(jie)近于0V，特(te)性曲線(xiàn)基本接(jiē)近理想(xiǎng)特性曲(qǔ)線。

模拟(ni)量輸出(chū)增益調(diào)整特性(xing)曲線如(rú)圖4所示(shì)，調整增(zēng)益🈲參數(shù)可改變(bian)較大轉(zhuǎn)速所對(dui)應的模(mó)拟量電(dian)壓輸🚶出(chū)值，使特(tè)性曲線(xiàn)的斜率(lǜ)發生變(bian)化。本例(li)中增益(yì)參數設(she)定為0時(shí)，實☔測較(jiào)大轉速(sù)對應的(de)電壓為(wéi)9.93V，可見特(tè)😍性曲線(xiàn)為增益(yi)過小㊙️。經(jīng)計算、設(she)定增益(yì)參數後(hòu)，再次⭐實(shi)測較大(dà)轉速對(dui)應電壓(ya)變為10V，增(zeng)益特性(xing)變為理(li)想特性(xìng)曲線。

3.結(jié)語

本文(wén)詳細介(jie)紹了數(shu)控機床(chuáng)主軸通(tōng)用變頻(pin)調速方(fāng)🔞式的硬(yìng)件接線(xiàn)、PMC梯形圖(tú)程序設(shè)計及系(xì)統參數(shu)設定方(fang)法。在完(wan)成主軸(zhóu)控🍉制功(gong)能的情(qíng)況下，為(wei)了使主(zhu)軸🔞系統(tǒng)性能達(da)到理想(xiang)狀🥰态，利(li)用萬用(yòng)表對主(zhǔ)軸不同(tong)速度輸(shū)出時對(duì)應的模(mó)拟量電(dian)⁉️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(shù)的計❄️算(suàn)、設定及(ji)實際測(cè)量，使主(zhǔ)軸速度(du)輸出特(te)性🌈達到(dào)理想狀(zhuàng)态。為廣(guǎng)大數控(kong)機床維(wéi)修維護(hu)人☂️員提(tí)供了通(tong)俗易懂(dǒng)的變頻(pin)主軸系(xì)統安裝(zhuang)、調⛷️試及(jí)維修指(zhi)導方法(fa)。