西(xi)安數控(kong)機床主(zhu)軸控制(zhi)系統根(gen)據機床(chuang)性能一(yi)般有變(bian)頻控制(zhi)與串行(háng)控❄️制兩(liang)種方式(shi)，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(gong)中心主(zhu)軸控制(zhì)通常采(cǎi)用交流(liu)主軸驅(qū)動器❗來(lai)實現主(zhu)軸串行(háng)控制。在(zai)生産實(shí)踐中，各(ge)👌廠家在(zai)數控機(ji)床主軸(zhou)控制配(pei)置上采(cai)取的策(cè)略都是(shi)滿足使(shi)用要求(qiu)情況下(xià)盡量❄️降(jiàng)低配置(zhì)。主軸采(cǎi)用通用(yòng)變頻器(qì)調速時(shi)隻能❓進(jin)行簡單(dān)的速度(dù)控制，它(tā)是利用(yong)數控系(xi)統輸出(chu)模拟量(liang)電🥰壓作(zuò)為變頻(pin)器速🧑🏽‍🤝‍🧑🏻度(dù)控制信(xìn)号，通過(guò)數⁉️控系(xi)統 PMC 程序(xu)為變頻(pín)器提供(gòng)正反轉(zhuǎn)信号，從(cong)而控制(zhì)電機實(shí)現正反(fǎn)轉。串行(hang)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(zhóu)驅動器(qi)來實現(xian)主軸控(kòng)制的方(fāng)式，如 FANUC-0iC/D 系(xì) 統 一 般(ban) 配 置 專(zhuān) 用 的FANUC交(jiāo)流伺服(fu)🌍驅動器(qi)及伺服(fu)電機實(shi)現主軸(zhou)串行控(kòng)制。串行(háng)主軸🌂不(bu)僅能較(jiao)好地實(shi)現速度(du)控制，而(ér)且可通(tong)過 CNC實現(xian)主軸定(ding)向準停(ting)、定位🤟和(hé) Cs軸等位(wèi)置控制(zhi)功能。對(duì)比這💃兩(liang)種主軸(zhou)控制方(fang)式可見(jiàn)❗，串行主(zhǔ)軸控制(zhi)方式較(jiào)通用變(bian)頻器💁主(zhu)軸控制(zhì)方式 功(gong)能強🧡大(da)、配置高(gao)。由于交(jiāo)流主軸(zhóu)驅動器(qi)及配套(tao)的專用(yong)電機成(chéng)本較高(gao)，因此造(zao)成了數(shu)控機床(chuáng)整機成(cheng)本也相(xiang)對較高(gao)。生産實(shi)際中，很(hěn)多經濟(ji)型數控(kong)機床主(zhǔ)軸都采(cǎi)用通用(yòng)變頻器(qì)調速🧡或(huo)專用變(bian)頻器調(diao)速方式(shì)，以降低(di)成本。本(běn)文主要(yào)介紹主(zhu)軸采用(yòng)通⛱️用變(bian)頻器調(diào)速方式(shì)時的調(diao)試方法(fǎ)。

1.數控機(ji)床主軸(zhou)通用變(biàn)頻調速(sù)控制

數(shù)控機床(chuang)主軸采(cai)用通用(yòng)變頻調(diao)速控制(zhì)方式時(shí)，典型的(de)硬件配(pèi)置為數(shù)控裝置(zhì)、通用變(biàn)頻器及(jí)普通三(sān)相異步(bu)電動機(jī)。在主軸(zhou)調🔅試時(shí)，首先應(yīng)正确完(wan)成變頻(pin)器與電(diàn)機及數(shu)控裝置(zhì)的硬件(jiàn)接線;其(qi)次是完(wán)成主軸(zhóu)控制PMC梯(tī)形圖程(cheng)序的設(shè)計及輸(shu)入。主軸(zhóu)的速度(dù)🔞控制通(tong)過數👅控(kòng)系統的(de)模拟量(liàng)輸出電(diàn)壓實現(xiàn)，正反轉(zhuǎn)控制通(tōng)過😄PMC程序(xù)來實現(xian)。

1.1變頻調(diào)速控制(zhi)硬件接(jie)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(xun)設備為(wei)例來進(jìn)行介㊙️紹(shào)🔞。其主軸(zhou)采用通(tōng)用變頻(pín)器調速(su)控制，選(xuan)📧用的變(bian)頻器型(xing)号為歐(ou)姆♋龍G3JZ，其(qí)硬件接(jie)線如圖(tu)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(lù)♍器 QF4接入(ru)電源。S1、S2端(duān)子分别(bié)通過中(zhōng)間繼電(dian)器 KA5、KA6 的 常(chang)開觸點(dian)接 至 公(gōng)共端子(zi)SC，KA5、KA6常開觸(chù)點不🐅能(neng)同時閉(bì)合⛱️，它們(men)分别控(kong)制電機(ji)正、反轉(zhuan)。A1、AC 端子接(jiē)至數控(kòng)系統的(de)JA40接口，接(jiē)收來📧自(zi)數控系(xi)統的模(mó)拟量信(xìn)号以控(kòng)制主軸(zhóu)的轉速(su)，模拟量(liang)一般為(wei)0V～10V 的電壓(yā)信号。

圖1　變頻(pin)器硬件(jiàn)接線圖(tú)

1.2變頻調(diào)速控制(zhì)梯形圖(tú)程序

數(shù)控機床(chuang)主軸正(zhèng)、反轉是(shi)通過 PMC 梯(ti)形圖程(cheng)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(he)串行控(kong)制方式(shì))的不同(tóng)💯，其 PMC 梯形(xíng)圖程序(xu)也有所(suǒ)不同。圖(tu)2為配㊙️備(bei) FANUC-0imateMD 數控💞系(xì)統的亞(ya)龍559數控(kòng)銑床的(de)模拟量(liang)主軸控(kòng)制 PMC 梯形(xíng)圖程序(xù)。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(háng)說明，如(rú)表1所示(shì)。梯形圖(tú)程序⛹🏻‍♀️中(zhōng)，第一、二(èr)行表示(shi)通過數(shu)控機床(chuang)操作面(mian)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(sān)、四行表(biao)示利用(yòng)加工編(bian)程程♋序(xu)指令控(kòng)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(shi)數控機(ji)床工作(zuò)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(kong)機床操(cao)作面闆(pan)上的正(zheng)反轉按(àn)鍵進行(háng)主軸控(kòng)制時，工(gōng)作方式(shi)選擇開(kai)😘關必須(xu)選擇“手(shou)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(fu)位信号(hào)，其地址(zhi)為 F1.1，通過(guo)數控系(xi)統操✨作(zuò)面闆上(shang)的複位(wei)按鍵來(lai)實現系(xi)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(ér)🤟 言，該信(xìn)号無實(shí)際意義(yi);串聯 于(yú) 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(fan)轉互鎖(suo)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(cao)作停止(zhi)或程序(xu)指令中(zhōng)遇💰到 M05指(zhǐ)令時，PMC程(cheng)序無輸(shū)出信号(hào)，主軸停(ting)止 轉💃🏻動(dong);R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信号為(wei)⛹🏻‍♀️主軸正(zhèng)反轉的(de)中間🈲輸(shu)出信号(hào)，将其常(chang)開觸點(diǎn)接至實(shi)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(zhì)。

圖2　數(shù)控銑床(chuang)主軸控(kòng)制

PMC梯形(xing)圖表1　輸(shū)入、輸出(chu)信号及(ji)含義表(biao)1。

2.數控系(xi)統參數(shu)設置

主(zhu)軸調速(sù)控制系(xì)統在硬(yìng)件接線(xiàn)、PMC程序編(biān)輯完成(chéng)的✂️情況(kuang)下，還需(xū)正确設(shè)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(shù)控系統(tǒng)參數設(shè)定時，一(yi)部分參(can)數可以(yi)直接🈲查(cha)閱系㊙️統(tǒng)參數手(shou)冊直接(jiē)設定，但(dàn)也有個(ge)别參數(shù)需要進(jìn)行計算(suàn)後才能(néng)設定。

2.1設(she)置主軸(zhóu)控制系(xi)統參數(shu)

FANUC-0imateMD系統采(cai)用模拟(nǐ)量主軸(zhou)控制方(fāng)式時，除(chu)了增益(yi)調整參(cān)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(dìng)外🎯，其餘(yú)參數設(shè)定如表(biao)2所示。

2.2　增(zēng)益及漂(piao)移參數(shù)的計算(suàn)

FS-0iD系統中(zhōng)參數3731為(wéi)模拟量(liàng)輸出時(shi)的漂移(yi)調整參(cān)數，其功(gōng)能是㊙️改(gǎi)變S0轉速(su)所對應(yīng)的模拟(nǐ)量電壓(ya)輸出值(zhí)，參💯數設(shè)定範圍(wéi)為 -1　024～1　024。在模(mo)拟量控(kong)制時，當(dāng)主軸轉(zhuan)速為S0時(shí)，其對應(yīng)的模拟(ni)⭐量輸出(chu)電壓在(zai)理論上(shang)應為0V，但(dan)經萬🔴用(yòng)表檢查(cha)發現實(shi)際輸出(chu)電壓通(tōng)常大于(yú)或小于(yu)0V，此時，則(zé)需設置(zhì)㊙️3731參數，使(shǐ)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(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(wéi)模拟量(liàng)輸出時(shi)的增益(yì)調整參(can)數，該參(can)數可👈改(gai)⭐變較高(gāo)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(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(fàn) 圍 為 700～1　250，單(dan)位為0.1%。當(dang)設定值(zhi)為1　000時，較(jiao)高轉速(sù)Smax所對應(yīng)的模拟(ni)量輸出(chu)為10V。如果(guo)實際值(zhi)大于或(huò)小于10V，可(ke)改變3730參(can)數調整(zheng)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(jìn)于10V。3730參數(shu)設定值(zhi)可按下(xià)式計算(suàn)：

本文數(shu)控機床(chuáng)配置 FANUC-0imateMD 系(xi)統，主軸(zhóu)為通用(yong)變頻調(diào)速系統(tong)。為了🙇‍♀️優(yōu)化主軸(zhóu)性能，必(bì)須計算(suàn)和設定(dìng)漂移、增(zeng)益🏃‍♂️調整(zhěng)參數。表(biǎo)3為🏃🏻漂移(yi)和增益(yi)參數設(she)定前、後(hòu)主軸在(zai)不同轉(zhuǎn)速時所(suǒ)對應的(de)🌈頻率及(ji)🔞實測電(diàn)壓值。由(you)表3可知(zhi)，當3730、3731參數(shù)設定值(zhí)均為0，主(zhǔ)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(yòng)表實測(ce)輸出電(diàn)壓♌為-0.048V。先(xian)進行漂(piāo)⛷️移參數(shù)計算，可(ke)得漂移(yi)參數值(zhi)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(chū)電壓。以(yi)表3為例(lì)，即較高(gāo)轉速為(wéi)1　400r/min時實測(cè)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(suǒ)以🌈在計(jì)算增益(yi)調整參(can)數時，必(bi)須将漂(piao)移電壓(yā)考慮進(jìn)去再進(jìn)行增益(yì)參數計(jì)算，較終(zhong)計算得(dé)增♈益參(cān)數值3730=1011。

表(biao)3　設置增(zeng)益及漂(piāo)移參數(shù)

模拟量(liàng)輸出的(de)漂移特(te)性曲線(xiàn)如圖3所(suo)示，調整(zheng)漂移參(can)數可改(gai)🐉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(yi)。本例中(zhōng)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(tè)☎️性曲線(xian)為負向(xiàng)漂移曲(qu)🌈線。經計(jì)算和設(shè)定漂移(yi)參數後(hou)，再次實(shi)測漂移(yí)電壓為(wéi)-0.002V，基本接(jiē)近于0V，特(te)性曲線(xiàn)基本接(jie)近理想(xiang)特性曲(qu)線。

模拟(ni)量輸出(chū)增益調(diào)整特性(xìng)曲線如(ru)圖4所示(shi)，調整增(zeng)益參數(shu)可改變(biàn)較大轉(zhuan)速所對(duì)應的模(mó)拟量電(diàn)壓輸出(chu)值，使特(te)性曲線(xian)的斜率(lǜ)發生變(biàn)化。本例(li)中增益(yi)參數設(shè)定為0時(shi)，實測較(jiào)大轉速(su)對應的(de)電🈲壓為(wéi)9.93V，可見特(tè)🐅性曲線(xiàn)為增益(yì)過小。經(jīng)計算、設(she)定增益(yi)參數後(hou)，再次🛀🏻實(shí)測較大(dà)轉速對(duì)應電壓(ya)變為10V，增(zēng)益特性(xìng)變為理(lǐ)想特性(xìng)曲線。

3.結(jie)語

本文(wén)詳細介(jie)紹了數(shu)控機床(chuang)主軸通(tōng)用變頻(pin)調速方(fāng)式🈲的☔硬(yìng)件接線(xian)、PMC梯形圖(tu)程序設(shè)計及系(xì)統參數(shu)設定方(fāng)法。在完(wán)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(dá)到理想(xiǎng)狀态，利(lì)用萬用(yòng)表🐆對主(zhu)軸不同(tóng)速度輸(shū)出時對(dui)應的模(mo)拟量電(dian)壓信号(hao)進行了(le)反複實(shi)測，并經(jīng)過漂移(yí)、增益調(diào)整參數(shu)的計☁️算(suàn)、設定及(jí)實際測(ce)量，使主(zhǔ)🥰軸♈速度(du)輸出特(tè)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(tí)供了通(tōng)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(fǎ)。