西安數控(kòng)機床主軸控(kong)制系統根據(ju)機床性能一(yi)般有變頻控(kong)制與串行控(kong)制兩種方式(shi)，如經濟型數(shù)控機床主軸(zhou)控制通常😍采(cai)用變頻調速(sù)控制;數控銑(xi)、加工中心主(zhu)軸控制通常(cháng)采用交流主(zhǔ)軸驅動器來(lai)實現主軸串(chuan)行控制。在生(sheng)産實踐中，各(ge)廠家在數控(kong)機床主軸控(kòng)制配置上采(cǎi)取的策略都(dou)是滿足使用(yong)要求情況下(xia)盡量降低配(pei)置。主軸采用(yòng)通用變頻器(qì)調速時隻能(neng)進行簡單的(de)速度控制✔️，它(ta)是利用數控(kòng)系統輸出模(mó)拟量電壓作(zuò)為變頻器速(su)度控制信号(hào)，通過♈數控系(xì)統 PMC 程序為變(biàn)頻器提供正(zheng)反轉信号，從(cóng)而控制電機(jī)實現正反轉(zhuǎn)。串行主軸控(kong)制指📞的是在(zài)主軸控制系(xì)統中🐆采用交(jiao)流主軸驅動(dòng)器來實現主(zhu)軸控制的方(fāng)式，如💁 FANUC-0iC/D 系 統 一(yī) 般 配 置 專 用(yong) 的FANUC交流伺服(fú)🌏驅動器及伺(sì)服電機實現(xian)主軸串行控(kong)制。串行主軸(zhou)不僅能較好(hao)地實現速度(dù)控制，而且可(ke)通過 CNC實現主(zhu)軸定向準停(tíng)、定位和 Cs軸等(deng)位置控制功(gong)能。對比這兩(liang)種主軸控制(zhi)方式可見，串(chuàn)行主軸控制(zhi)方式⭐較通用(yòng)變頻器主軸(zhóu)控制🚩方式 功(gōng)能強大、配置(zhì)高。由于交流(liú)主軸驅動器(qì)及配套的專(zhuān)用電機成本(běn)較高，因此造(zào)成了數控機(jī)床整🏒機成本(běn)也相對較高(gāo)。生産實際中(zhōng)，很多經濟型(xing)數🧑🏽‍🤝‍🧑🏻控機床主(zhǔ)軸都采用通(tōng)用變頻器調(diao)速或專用變(biàn)頻器🌈調速方(fang)式，以降低成(cheng)本。本文主要(yào)介紹主軸采(cǎi)用通用變頻(pin)器調速方式(shi)時的🐕調試方(fāng)法。

1.數控機床(chuang)主軸通用變(bian)頻調速控制(zhì)

數控機床主(zhǔ)軸采用通用(yòng)變頻調速控(kong)制方式時，典(dian)型的硬件配(pei)置為數控裝(zhuang)置、通用變頻(pín)器及普通三(sān)相異步電動(dong)機。在主軸調(diào)試時，首先應(yīng)正确完成變(bian)頻器與電機(jī)及數控裝置(zhì)的硬件接線(xian);其次是完成(chéng)主軸控制PMC梯(ti)形圖程序的(de)設計及輸入(ru)。主🏒軸的速度(dù)控制通過數(shu)控系統的模(mo)拟量輸出電(dian)壓實現，正反(fǎn)📞轉控制通過(guò)🌈PMC程序來實現(xian)。

1.1變頻調速控(kòng)制硬件接線(xiàn)圖

本文以配(pei)備 FANUC-0imateMD 系統的亞(ya)龍559數控裝調(diào)實訓設備為(wéi)例來進行介(jiè)紹😄。其主軸采(cai)用通用變頻(pín)器調速控制(zhì)，選用的變頻(pín)器型号為歐(ōu)姆龍G3JZ，其硬件(jian)接線如圖1所(suo)示㊙️。變頻器的(de) U、V、W 端子直接接(jiē)三相異步電(diàn)動機。L1、L2、L3 端 子 經(jīng) 交 流 接 觸 器(qi)KM、低壓斷路器(qi) QF4接入電源。S1、S2端(duan)子分别通過(guò)中⭕間繼電器(qì) KA5、KA6 的 常開觸點(diǎn)接 至 公共端(duan)子SC，KA5、KA6常開觸點(dian)不能同時閉(bi)合，它🧡們分别(bié)控制電機正(zhèng)、反轉。A1、AC 端子接(jiē)至數控系統(tǒng)的JA40接口，接收(shōu)來自數控系(xi)🥰統的模拟量(liang)信‼️号以控制(zhi)主軸的轉速(su)，模拟量一般(bān)為🐆0V～10V 的電壓信(xin)号。

圖1　變頻(pin)器硬件接線(xiàn)圖

1.2變頻調速(su)控制梯形圖(tu)程序

數控機(ji)床主軸正、反(fǎn)轉是通過 PMC 梯(ti)形圖程序進(jìn)行控制的，根(gen)據🔴主軸控制(zhi)方式(如模拟(nǐ)量控制和串(chuàn)行控制方❓式(shì))的不同，其 PMC 梯(ti)形圖程序也(yě)有所不同。圖(tu)2為配備 FANUC-0imateMD 數控(kòng)系統的✔️亞龍(long)559數控銑床的(de)模拟量主軸(zhou)控制 PMC 梯形圖(tu)程序。為便于(yú)分析識讀主(zhu)軸控制 PMC 梯形(xing)圖程序，現将(jiāng)輸入、輸出進(jìn)行說明，如表(biǎo)1所示。梯形圖(tú)程序中，第一(yī)、二行表示通(tong)過數控機床(chuáng)操作面闆上(shang)✍️的正反轉按(an)鍵💰控制機床(chuang)主軸進行正(zhèng)反🏃🏻轉;第三、四(sì)行表示🏃‍♂️利用(yòng)加工編程程(cheng)🙇🏻序指令控制(zhi)數控機床主(zhu)軸進👨‍❤️‍👨行正反(fǎn)轉;R0100.0中間信号(hào)表💰示數控機(jī)床工作方式(shì)選擇中的“手(shǒu)動”、“手輪”工作(zuo)方式🔴。觀察 PMC 梯(ti)形圖程序可(kě)知，通過數控(kong)機床🏃🏻‍♂️操作面(mian)闆上的正反(fan)轉按鍵進行(hang)主軸控制時(shí)，工作方式選(xuǎn)擇開❌關必須(xu)選擇“手動”或(huo)“手輪🌈”工作方(fang)式，使 R0100.0 中間信(xin)号為 1;RST信号為(wei)複位信号，其(qí)地址為 F1.1，通過(guò)數控系統操(cao)作面闆上的(de)複位按鍵來(lái)實現系統複(fu)位操作;M19為主(zhu)📞軸準停信号(hao)，對于通用變(biàn)頻調速而 言(yán)，該信号無實(shi)際意💞義;串聯(lián) 于 程 序 中 的(de) X0002.4 與 X0002.7、M03 與M04常閉觸(chù)點構成了正(zhèng)、反轉互鎖保(bao)護信号，X0002.5與🈲 M05常(cháng)閉觸點為停(tíng)止信号，當手(shou)動操作停止(zhi)或程🥰序指令(ling)中遇🈚到 M05指令(ling)時，PMC程序無輸(shū)出信号🈲，主軸(zhóu)停止 轉動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信(xin)号為🐆主軸正(zhèng)反轉的中間(jiān)輸出信号，将(jiang)其常開觸點(diǎn)接至實際的(de)輸出 Y0005.5、Y0005.6，即可實(shí)現電路中線(xiàn)圈的實際控(kong)制。

圖2　數控(kong)銑床主軸控(kong)制

PMC梯形圖表(biao)1　輸入、輸出信(xin)号及含義表(biǎo)1。

2.數控系統參(cān)數設置

主軸(zhou)調速控制系(xì)統在硬件接(jie)線、PMC程序編輯(ji)完成的💔情況(kuang)💛下，還⛷️需正确(que)設置數控系(xi)統參數與變(biàn)頻器參數才(cái)能保證主軸(zhou)正确運轉。數(shu)控系統參數(shù)設定時，一部(bu)分參數可♈以(yi)直接🌈查閱系(xi)🏃🏻統參數手冊(cè)直接設定，但(dàn)也有🤩個别參(can)數需要進行(hang)計算後才能(néng)設定。

2.1設置主(zhu)軸控制系統(tǒng)參數

FANUC-0imateMD系統采(cǎi)用模拟量主(zhǔ)軸控制方式(shi)時，除了增益(yì)調整參數3730、漂(piāo)㊙️移調🌈整3731兩個(ge)參數需要計(jì)算後才能設(she)定外，其餘參(cān)數設定如表(biǎo)2所示。

2.2　增益及(ji)漂移參數的(de)計算

FS-0iD系統中(zhong)參數3731為模拟(ni)量輸出時的(de)漂移調整參(can)數，其功能是(shi)改變S0轉速所(suo)對應的模拟(ni)量電壓輸出(chu)值，參數設定(dìng)範圍為 -1　024～1　024。在模(mó)拟量控制時(shí)，當主軸轉速(sù)為S0時，其對應(ying)的模拟量輸(shū)出電壓在理(li)論上應為0V，但(dan)經萬用表檢(jiǎn)查發現實際(jì)🥰輸出電壓🙇‍♀️通(tong)常大于或小(xiǎo)于0V，此時，則需(xu)設置3731參數，使(shǐ)輸出電壓盡(jìn)量接近于0V。

3731參(can)數設定值可(ke)按下式計算(suan)：

表2　主軸控制(zhì)系統參數設(she)置

FS-0iD系統中參(can)數3730為模拟量(liàng)輸出時的增(zeng)益調整參數(shu)，該參數🌈可改(gai)變較高主軸(zhou)轉速Smax所對應(yīng)的模拟量輸(shu)出值，并改變(bian)輸出電壓和(hé)轉速的比例(li)。參數3730以 百 分(fen) 率 的 形 式 設(she) 定，設 定 值 範(fan)🌈 圍 為 700～1　250，單位為(wéi)0.1%。當設定值為(wei)1　000時，較高轉速(sù)☁️Smax所對應的模(mo)拟量輸出為(wéi)10V。如果實際值(zhí)大于或小于(yú)10V，可改變3730參數(shù)調🌈整增益值(zhí)，使較高轉速(su)Smax所對應的模(mó)拟量輸出盡(jin)量接近于10V。3730參(can)數設定值可(ke)按下式計算(suàn)：

本文數控機(jī)床配置 FANUC-0imateMD 系統(tǒng)，主軸為通用(yòng)變頻調速系(xi)統。為了優☎️化(hua)主軸性能，必(bi)須計算和設(shè)定漂移、增益(yi)調整🐅參數。表(biao)3為漂移和增(zēng)益參數設定(ding)前、後主軸在(zai)不同轉速時(shí)所對應的頻(pin)率及實測電(diàn)壓值。由表3可(ke)知，當3730、3731參數☎️設(shè)定值均為0，主(zhu)軸轉速為S0時(shí)，變頻器輸出(chū)🤩頻率值為0，利(li)用萬用表實(shí)測輸出電壓(yā)為-0.048V。先進行漂(piāo)🐉移參數計算(suàn)，可得漂移參(cān)數值3731=26，因為漂(piāo)移将同時影(yǐng)響較高轉✊速(sù)Smax對應的輸出(chu)電壓。以表3為(wéi)例，即較高轉(zhuǎn)速📧為1　400r/min時實測(ce)的模拟量輸(shū)出電壓為9.93V，包(bao)含了-0.048V 的漂移(yí)電壓，所以在(zai)計算增益調(diào)整參數時，必(bì)須将漂移電(dian)壓考慮進去(qu)再進行增益(yi)參數計算，較(jiào)終計算得增(zēng)益參數值3730=1011。

表(biao)3　設置增益及(ji)漂移參數

模拟量(liang)輸出的漂移(yí)特性曲線如(rú)圖3所示，調整(zheng)漂移參數🛀可(kě)❄️改變轉速S0所(suǒ)對應的電壓(ya)輸出值，使特(te)性曲💃🏻線上下(xia)平移。本例中(zhōng)漂移參數設(shè)定為0時，實測(cè)S0轉速🔴對應電(diàn)壓為-0.048V，特性曲(qǔ)線為負向🤩漂(piao)移曲線。經計(jì)算和設定漂(piao)移參數後，再(zài)👄次實測漂移(yí)電壓為🔞-0.002V，基本(ben)接近😘于0V，特性(xìng)曲線基本接(jie)近理想特性(xìng)曲線。

模拟量(liàng)輸出增益調(diao)整特性曲線(xian)如圖4所示，調(diào)整增益參⭕數(shu)可改變較大(da)轉速所對應(ying)的模拟量電(diàn)壓輸出值，使(shǐ)特✏️性曲線的(de)斜率發生變(biàn)化。本例中增(zēng)益參數設定(dìng)為0時，實測較(jiào)大轉速對應(ying)的電壓為9.93V，可(ke)見特性曲線(xiàn)為增益過小(xiao)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。經計算、設🈚定(dìng)增益參數後(hòu)，再次實測較(jiào)大轉速對應(ying)電壓變為10V，增(zeng)益特性變為(wei)理想特性曲(qu)線。

3.結語

本文(wen)詳細介紹了(le)數控機床主(zhu)軸通用變頻(pín)調速方式的(de)🔅硬件接線、PMC梯(tī)形圖程序設(she)計及系統參(can)數設定方法(fa)。在完成主軸(zhóu)控制功能的(de)情況下，為了(le)使主軸系統(tong)性能達到理(lǐ)想狀态，利用(yong)☀️萬用表對主(zhu)軸不同速度(du)輸出時對應(ying)的🌂模拟量電(dian)壓信号進行(háng)了反複🤩實測(cè)，并經過🧑🏽‍🤝‍🧑🏻漂移(yí)、增益調整參(can)數的計算、設(shè)定及實際測(ce)量，使主軸速(su)度輸出特性(xìng)達到理想狀(zhuang)态。為廣大數(shù)控機床維修(xiū)👅維護人員提(ti)供了通俗易(yi)懂的變頻主(zhu)軸系統安裝(zhuang)、調試及維修(xiū)指導方👈法。