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(shì)，如經濟型數(shu)控機床主軸(zhou)控制通常采(cai)用👄變頻調速(su)控制;數控銑(xǐ)、加工中心主(zhǔ)軸控制通常(cháng)采用交流主(zhu)軸驅動器來(lái)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(cai)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(qi)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(zuo)為變頻器速(sù)📱度控制信号(hào)，通過數🍓控系(xi)統 PMC 程序為變(bian)頻器提供正(zheng)反✂️轉信号，從(cóng)而控制電機(ji)實現㊙️正反轉(zhuan)。串行主軸控(kòng)制指的是在(zài)主軸控制系(xi)統中💯采用交(jiāo)流主軸驅動(dong)器來實現主(zhǔ)軸控制的方(fang)式，如 FANUC-0iC/D 系 統✏️ 一(yī) 般 配 置 專 用(yòng) 的FANUC交流伺服(fú)⛱️驅動器及伺(sì)服電機實現(xiàn)主軸串行控(kong)制。串行主軸(zhóu)🌍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(yong)變頻器主軸(zhou)控制方式 功(gōng)能強💚大、配置(zhì)高。由于交✊流(liu)主軸驅動🏃🏻器(qi)及配㊙️套的專(zhuan)用電機成本(běn)較高，因此造(zào)成了數控機(ji)🙇‍♀️床整機成本(ben)也❓相對較高(gāo)。生産實際中(zhōng)，很多經濟型(xíng)數控機床主(zhu)軸都采用通(tong)用變頻器調(diào)速🈲或專用變(biàn)頻器調速方(fāng)式，以👄降低成(cheng)本。本文主🧑🏾‍🤝‍🧑🏼要(yào)介紹主軸采(cǎi)用通用變頻(pín)器調速方式(shi)時的調試方(fang)法。

1.數控機床(chuáng)主軸通用變(biàn)頻調速控制(zhì)

數控機床主(zhu)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(san)相異步電💁動(dong)機。在主軸調(diào)試時，首先應(ying)正确完成變(bian)頻器與電機(jī)及數控裝置(zhi)的硬件接線(xian);其次是完成(cheng)🤞主軸控制PMC梯(ti)形圖程🐕序的(de)設計及輸入(ru)。主軸的速度(du)☀️控制通過數(shù)✨控系統的模(mo)拟量輸出電(dian)壓實現，正反(fan)✌️轉控制通過(guò)PMC程序來實現(xiàn)。

1.1變頻調速控(kòng)制硬件接線(xian)圖

本文以配(pei)備 FANUC-0imateMD 系統的亞(yà)龍559數控裝調(diao)實訓設備為(wéi)例來進行☁️介(jiè)紹。其主軸采(cǎi)用通用變頻(pin)器調速控制(zhì)，選用的變頻(pin)🚶器型号為歐(ōu)姆龍G3JZ，其硬件(jian)接線如圖1所(suǒ)示。變頻器的(de) U、V、W 端子❄️直接接(jiē)三相異步電(dian)動機。L1、L2、L3 端 子 經(jing) 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(guo)中🌈間繼電器(qì) KA5、KA6 的♻️ 常開觸點(diǎn)接🈲 至 公共端(duān)子SC，KA5、KA6常開觸點(dian)不能同時閉(bi)合，它們分别(bie)控制電機正(zhèng)、反轉。A1、AC 端子接(jiē)至♋數控系統(tong)的JA40接口🏃‍♀️，接收(shōu)來自數控系(xì)🏃‍♂️統的模拟量(liàng)信号以控制(zhi)主軸的轉速(sù)，模拟量一般(bān)為0V～10V 的電壓信(xìn)号。

圖1　變頻(pín)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(fan)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(ni)量控制和串(chuan)行控制方式(shi))的不同，其 PMC 梯(tī)形圖程序也(yě)有所不同。圖(tu)2為配備 FANUC-0imateMD 數控(kong)系統的💞亞龍(lóng)559數控銑床的(de)模拟量主軸(zhóu)控制 PMC 梯形圖(tú)程序。為便于(yu)分析識讀主(zhǔ)軸控制 PMC 梯形(xing)圖程👨‍❤️‍👨序，現将(jiang)輸入、輸出進(jin)行說明，如表(biao)1所示。梯形圖(tú)程序中，第一(yi)、二行表⛷️示通(tōng)過數控機床(chuang)操作面闆上(shang)的正反轉按(an)鍵控制機床(chuang)主軸進行正(zheng)反轉;第三、四(si)行表🏃‍♂️示利用(yòng)加工編程程(cheng)🏃‍♂️序指令控制(zhì)數控機♌床主(zhǔ)軸進⁉️行正反(fǎn)轉;R0100.0中間信号(hào)表示數控機(ji)床工作方式(shì)選擇中的“手(shou)動”、“手輪”工作(zuo)方式。觀察 PMC 梯(ti)形圖程序可(ke)知，通♻️過數控(kong)機床操作面(miàn)闆上的🏒正反(fan)轉按鍵進行(háng)主軸控制時(shí)，工作方式選(xuǎn)擇開關必須(xū)選擇“手動”或(huo)“手輪”工作方(fāng)式，使 R0100.0 中間信(xìn)号為 1;RST信号為(wei)複位信号，其(qi)地址為 F1.1，通過(guò)數控系統操(cāo)❓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(bian)頻調💛速而 言(yán)，該信号無實(shí)際意義;串聯(lián) 于 程 序✂️ 中 的(de) X0002.4 與 X0002.7、M03 與M04常閉觸(chu)點構成了正(zheng)、反轉互鎖🌏保(bao)護信号，X0002.5與 M05常(chang)閉觸點為停(ting)止信号，當手(shǒu)動操作停止(zhi)或程序指令(lìng)中遇到 M05指令(ling)時，PMC程序無輸(shū)出信号，主軸(zhou)停止 轉動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信(xin)号為🧑🏾‍🤝‍🧑🏼主軸正(zheng)反轉的中間(jiān)輸出信号，将(jiāng)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(xian)圈的實際控(kòng)制。

圖2　數控(kòng)銑床主軸控(kong)制

PMC梯形圖表(biǎo)1　輸入、輸出信(xìn)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(xi)統在硬件接(jie)線、PMC程序編輯(ji)完成的情☂️況(kuàng)下，還需正确(què)設置數控系(xi)統參數與變(bian)頻器參數才(cái)能保證主軸(zhóu)正确運🏃轉。數(shu)控系統參數(shù)設定時，一部(bù)分參數可以(yi)直接查閱系(xì)統參數手冊(ce)直接設定，但(dan)也有個别參(can)數需要進行(hang)計算後才能(neng)設定。

2.1設置主(zhu)軸控制系統(tong)參數

FANUC-0imateMD系統采(cǎi)用模拟量主(zhu)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(gè)參數需要計(ji)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(jí)漂移參數的(de)計算

FS-0iD系統中(zhong)參數3731為模拟(nǐ)量輸出時的(de)漂移調整參(can)數，其功能是(shì)改🔞變S0轉速所(suo)對應的模拟(nǐ)量電壓輸出(chū)值，參數設定(dìng)範圍為 -1　024～1　024。在模(mó)拟量🔴控制時(shi)，當主軸轉速(sù)為S0時⭐，其對應(ying)的模拟量輸(shu)出電壓在👈理(lǐ)論上應為0V，但(dàn)經萬🚶‍♀️用表檢(jiǎn)查發現實際(ji)♻️輸出電壓通(tong)常大于👅或小(xiao)于0V，此時，則需(xu)設置3731參數，使(shi)輸出電壓盡(jin)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(zhi)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(zēng)益調整參數(shù)，該參數可改(gǎi)變較高主軸(zhou)轉速Smax所對應(yīng)的模拟量輸(shū)出值，并☂️改變(biàn)輸出電壓和(hé)轉速的比例(li)。參數3730以 百 分(fèn) 率🤞 的 形 式 設(shè) 定，設🔆 定 值 範(fan) 圍 為 700～1　250，單位為(wei)0.1%。當設定值為(wei)1　000時，較高轉速(sù)Smax所對應的🌏模(mó)拟量輸👣出為(wéi)10V。如果實際值(zhí)大🤞于或小于(yu)10V，可改變3730參數(shu)調整增益值(zhi)，使較高轉速(su)Smax所🏃對應的模(mo)拟量輸出盡(jin)量接近于10V。3730參(cān)數設定值可(ke)按下式計算(suan)：

本文數控機(jī)床配置 FANUC-0imateMD 系統(tong)，主軸為通用(yong)變頻調速系(xi)統。為🧑🏽‍🤝‍🧑🏻了優❌化(hua)主軸性能，必(bì)須計算和設(shè)定漂移、增益(yì)調整參數。表(biao)3為漂移和增(zeng)益參數設定(ding)前、後主軸在(zài)不同轉☁️速時(shí)所對應的頻(pín)率及實測電(diàn)☂️壓值。由表3可(kě)❗知，當3730、3731參數設(she)定值均為0，主(zhu)軸轉速為S0時(shi)，變頻器輸出(chū)頻率值為0，利(li)用萬用表實(shi)測輸出電壓(yā)🌈為-0.048V。先進行漂(piāo)移參數計算(suan)，可得漂移參(can)數值3731=26，因為漂(piāo)移将同🌈時影(ying)響較高轉速(sù)Smax對應✍️的輸出(chū)☂️電壓。以表3為(wéi)例，即較高轉(zhuan)速為1　400r/min時實測(cè)的模拟量輸(shu)出電壓為9.93V，包(bāo)含了-0.048V 的漂移(yi)電壓，所以在(zài)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(jiao)終計算得增(zeng)益參數值3730=1011。

表(biǎo)3　設置增益及(jí)漂移參數

模拟量(liang)輸出的漂移(yí)特性曲線如(ru)圖3所示，調整(zhěng)漂移參數👣可(kě)改變轉速S0所(suǒ)對應的電壓(yā)輸出值，使特(te)性曲線上下(xià)平移。本例中(zhōng)📞漂移參數設(she)定為0時，實測(ce)S0轉速對應電(dian)壓為-0.048V，特性曲(qǔ)線為負向漂(piāo)移曲線。經計(ji)算和🈲設定漂(piao)移參數後，再(zai)👉次實測漂移(yí)電壓為-0.002V，基本(běn)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(yīng)的模拟量電(dian)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(yīng)的電🥰壓為9.93V，可(ke)見特📞性曲線(xian)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(zēng)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(ti)形圖程序設(shè)計及系統參(can)數設定方法(fa)。在完成主軸(zhou)控制功能的(de)情況下，為了(le)使主軸系統(tong)性能達到理(li)想狀态，利用(yòng)🐪萬用表🌏對主(zhu)軸不同速度(du)輸出時對應(yīng)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(cān)數的計算、設(shè)定及實☀️際測(ce)量，使主軸速(sù)度輸出特性(xing)達到理想狀(zhuang)态。為廣⭕大數(shu)控機🏃‍♀️床維修(xiu)🍉維護人員提(tí)供了通俗易(yì)懂的變💋頻主(zhǔ)軸系統安裝(zhuang)、調試及維修(xiū)指導方💜法。