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(kòng)制兩種方式(shì)，如經濟型數(shu)控機床主軸(zhóu)控制通常采(cǎi)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(chuàn)行控🌈制。在生(shēng)産實踐中，各(ge)廠家在數控(kòng)機床主🌈軸控(kong)制配置上采(cai)取的策略都(dōu)是滿🌈足使用(yong)要求情況下(xia)盡量降低配(pei)置。主軸采用(yong)通用變頻器(qi)調速時隻能(neng)進行💁簡單的(de)速度控制，它(tā)是利用數控(kòng)系統輸出模(mo)拟量電壓作(zuo)為變頻器速(su)度控制信号(hao)，通過🔴數控系(xì)統 PMC 程序為變(biàn)頻器提供正(zheng)反轉信号，從(cong)而控制電機(ji)🈲實現正反轉(zhuan)。串行主軸控(kong)制指的是在(zai)主軸控制系(xì)統中采用交(jiāo)流主軸驅動(dong)器來實現主(zhǔ)軸控制的方(fāng)式，如 FANUC-0iC/D 系 統 一(yī) 般 配 置 專 用(yòng) 的FANUC交流伺服(fu)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(hǎo)地實現速度(dù)控制，而且可(kě)通過 CNC實現主(zhǔ)軸定向準停(ting)、定位和 Cs軸等(děng)位置控制功(gōng)能。對比這兩(liang)種主軸控制(zhi)方式可見，串(chuan)行主軸控制(zhì)方式‼️較通用(yòng)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(ben)較高，因此造(zào)成了數控機(jī)床整機成本(ben)也相對較高(gao)。生産實際中(zhōng)，很多經濟型(xing)數👄控機床主(zhu)軸都采用通(tong)用變頻器調(diao)速或專用變(biàn)頻器調速方(fāng)式，以降低成(cheng)本。本文主要(yao)介紹主軸采(cǎi)用通❌用變頻(pín)器調速方式(shì)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(kòng)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(ji)及數控裝置(zhì)的硬件接線(xiàn)✊;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(shù)控系統的模(mó)拟量輸出電(diàn)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(kong)制硬件接線(xiàn)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(jie)紹。其主軸采(cai)用通用變頻(pin)器調速控制(zhi)，選用的變頻(pín)器型号為歐(ou)姆📧龍G3JZ，其硬件(jiàn)接線如圖1所(suo)示👈。變頻器的(de) U、V、W 端子直接接(jie)三相異步電(diàn)動機。L1、L2、L3 端 子 經(jing) 交 流 接 觸 器(qì)KM、低壓斷路器(qì) 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(dian)接♻️ 至 公共端(duan)子SC，KA5、KA6常開觸點(dian)不能同時閉(bì)合，它🥵們分别(bie)控制電機正(zheng)、反轉。A1、AC 端子接(jie)至🌈數控系統(tong)的JA40接口，接收(shou)來自數控系(xì)統的模拟量(liàng)信号🤞以控制(zhì)主軸的轉速(sù)，模拟量一般(ban)為0V～10V 的電壓信(xin)号。

圖1　變頻(pin)器硬件接線(xian)圖

1.2變頻調速(su)控制梯形圖(tú)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(nǐ)量控制和串(chuàn)行控制方式(shì))的不同，其 PMC 梯(tī)形圖程序也(ye)有所不同。圖(tú)2為配備 FANUC-0imateMD 數控(kong)🐇系統的亞龍(long)559數🏃‍♂️控銑床的(de)模拟量主軸(zhóu)控制 PMC 梯形圖(tu)程序。為便于(yu)分析識讀主(zhu)軸控制 PMC 梯形(xíng)圖程序，現将(jiāng)輸入、輸出進(jin)行說明，如表(biao)1所示。梯形圖(tu)程序中，第一(yī)、二行表示通(tōng)過數控機床(chuang)操作面闆上(shàng)的正反轉按(an)鍵控制機床(chuáng)主軸進行正(zheng)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(fan)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(shǒu)動”、“手輪”工作(zuò)方式。觀察 PMC 梯(tī)形圖程序可(ke)知，通過數控(kong)機床🧑🏽‍🤝‍🧑🏻操作面(mian)闆上的正反(fǎn)轉按鍵進行(hang)主軸🤩控制時(shí)，工作方式選(xuan)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(xin)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(lai)實現系統複(fú)位操作;M19為主(zhu)軸準停信号(hao)，對于通用變(bian)頻調💚速而 言(yan)，該信🔞号無實(shi)際意義;串聯(lian) 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(shǒu)動操作停止(zhǐ)或程序指令(ling)中遇💛到 M05指令(lìng)時，PMC程序無輸(shu)出信号，主軸(zhóu)停止 轉動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信(xìn)号為📧主軸正(zheng)反轉的中間(jian)輸出信号，将(jiāng)其🧑🏾‍🤝‍🧑🏼常開觸點(dian)接至實際的(de)輸出 Y0005.5、Y0005.6，即可實(shi)現電路中線(xian)圈的實際控(kòng)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(biao)1。

2.數控系統參(can)數設置

主軸(zhóu)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(xì)統參數與變(biàn)頻器參數才(cái)能保證主軸(zhóu)正🈲确運🔞轉。數(shù)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(dàn)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(cai)用模拟量主(zhǔ)軸控制方式(shì)時，除了增益(yi)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(can)數設定如表(biao)2所示。

2.2　增益及(ji)漂移參數的(de)計算

FS-0iD系統中(zhōng)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(chū)值，參數設定(ding)範圍為 -1　024～1　024。在模(mo)拟量控制時(shí)，當主軸轉速(su)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(ji)💚輸出電壓通(tōng)常大于或小(xiǎo)于0V，此☔時，則需(xū)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(zhì)系統參數設(she)置

FS-0iD系統中參(cān)數3730為模拟量(liang)輸出時的增(zēng)益調整參數(shù)，該☂️參數可改(gǎi)變❄️較高主軸(zhóu)轉速Smax所對應(ying)的模拟量輸(shu)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(she) 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(su)Smax所對應的模(mo)拟量輸❤️出為(wei)10V。如果實際值(zhi)大于或小于(yu)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(jìn)量接近于10V。3730參(can)數設定值可(kě)按下式計算(suan)：

本文數控機(jī)床配置 FANUC-0imateMD 系統(tǒng)，主軸為通用(yong)變頻調速系(xì)統。為🈲了優化(hua)主軸性能，必(bi)須計算和設(she)定漂移、增益(yì)調整參數。表(biao)3為漂移🤩和增(zēng)💋益參數設定(dìng)前、後主軸在(zai)😄不同轉速時(shí)所對應的頻(pín)率及實測電(dian)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(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(ya)為-0.048V。先進行漂(piao)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(su)Smax對應的輸出(chu)🌏電壓。以表3為(wei)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(yi)電壓，所以在(zai)計算增益調(diao)整參數時，必(bi)須将漂移電(dian)壓考慮進去(qu)再進行增益(yì)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(ji)漂移參數

模拟量(liàng)輸出的漂移(yí)特性曲線如(rú)圖3所示，調整(zhěng)漂移參👅數可(ke)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(diàn)壓為-0.048V，特性曲(qu)線🔞為負向漂(piāo)移曲線。經計(ji)算和❓設定漂(piāo)移參數後，再(zài)次實測漂移(yi)電壓為⚽-0.002V，基本(běn)接近🐉于0V，特性(xing)曲線❄️基本接(jie)近理💛想特性(xing)曲線。

模拟量(liang)輸出增益調(diao)整特性曲線(xian)如圖4所示，調(diao)整增益參數(shu)可改變較大(da)轉速所對應(yīng)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(zeng)益參數設定(dìng)為0時，實測較(jiao)大轉速對應(ying)的電壓為9.93V，可(kě)見特性曲線(xiàn)為🏃增益過小(xiao)。經計算、設定(dìng)增益參數後(hou)，再次實測較(jiao)大轉速對應(ying)電壓變為10V，增(zeng)益特性變為(wei)理想特性曲(qǔ)線。

3.結語

本文(wén)詳細介紹了(le)數控機床主(zhǔ)軸通用變頻(pín)調速方式的(de)硬件接線、PMC梯(ti)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(tǒng)性能達到👣理(li)想狀态，利用(yong)萬用表對主(zhǔ)軸不同🐇速度(du)輸出時對應(ying)的模拟量電(dian)📐壓信号進行(hang)了反複實測(ce)，并經過💋漂移(yi)、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(zhuàng)态。為廣大數(shu)控機床維修(xiu)維護人員提(tí)供了⭕通俗易(yi)懂的變🧑🏽‍🤝‍🧑🏻頻👅主(zhǔ)軸系統安裝(zhuang)、調🏃試及維修(xiu)指導方🈲法。