西(xī)安數控(kong)機床主(zhu)軸控制(zhì)系統根(gēn)據機床(chuáng)性能一(yi)般有變(biàn)頻控制(zhì)與🚶串行(hang)控制兩(liǎng)種方式(shi)，如經濟(jì)型數控(kong)機床主(zhu)軸控制(zhi)通常🌐采(cai)用變頻(pin)調速控(kong)制;數控(kòng)銑、加工(gōng)中心主(zhu)軸控制(zhi)通常采(cǎi)用交💃🏻流(liu)主軸驅(qu)動器來(lái)實現主(zhǔ)軸串行(hang)控🔆制。在(zai)生産實(shi)踐中，各(gè)廠家在(zai)數控機(jī)床主軸(zhóu)控制配(pèi)置上采(cǎi)取的策(ce)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(cai)用通用(yong)變頻器(qi)調速時(shi)隻能進(jin)行簡單(dan)的速度(du)控制🎯，它(ta)是利用(yòng)數控系(xì)🏃‍♀️統輸出(chu)模拟量(liàng)電壓作(zuo)為變頻(pin)器速度(dù)控制信(xìn)号，通過(guò)數控系(xì)統 PMC 程序(xu)為變頻(pin)器提供(gong)正反轉(zhuan)信号，從(cong)而控制(zhì)電機實(shi)現正反(fǎn)轉。串行(háng)主軸控(kòng)制指的(de)是在主(zhu)軸控制(zhì)系統中(zhong)采用交(jiao)流主軸(zhóu)驅動器(qì)來實現(xiàn)主軸控(kòng)制的方(fang)式，如 FANUC-0iC/D 系(xi) 統 一 般(bān) 配 置 專(zhuan) 用 的FANUC交(jiao)🌂流伺服(fu)驅動器(qì)及伺服(fú)電🌈機實(shí)現主🈚軸(zhou)串行控(kong)制。串行(háng)主軸不(bú)僅📞能較(jiào)好地實(shi)現速度(du)控制，而(ér)且可通(tong)過 CNC實現(xiàn)主軸定(dìng)向準停(tíng)、定🏒位和(hé) Cs軸等位(wèi)置控制(zhi)功能。對(dui)比這兩(liǎng)種主軸(zhóu)控制方(fāng)式可見(jian)，串行主(zhǔ)㊙️軸控制(zhi)方式較(jiao)通用變(biàn)頻器主(zhǔ)軸控制(zhi)方式 功(gōng)能強大(dà)、配置高(gao)。由于交(jiao)流主軸(zhou)驅動👨‍❤️‍👨器(qi)及配💘套(tào)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(kòng)機床主(zhǔ)軸都采(cǎi)用通用(yòng)變頻器(qi)調速或(huò)專用變(biàn)頻器調(diao)速方式(shì)，以降低(di)成本。本(ben)文主要(yao)介紹主(zhǔ)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(bian)頻調速(sù)控制

數(shu)控機床(chuang)主軸采(cai)用通用(yong)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(zhi)、通用變(biàn)頻器及(jí)普通三(sān)相異步(bu)電動機(jī)。在主軸(zhóu)調㊙️試時(shí)，首先應(yīng)正确完(wan)成變頻(pin)器與電(diàn)機及數(shù)控裝置(zhì)的硬件(jiàn)接線;其(qí)次是完(wan)成主軸(zhóu)控制PMC梯(tī)形圖程(cheng)序的設(she)計及輸(shu)入。主軸(zhou)的速度(du)控制通(tōng)過數控(kòng)系統的(de)模拟量(liàng)輸出電(diàn)壓實現(xiàn)，正反轉(zhuan)控制通(tōng)過PMC程序(xu)來實現(xian)。

1.1變頻調(diào)速控制(zhì)硬件接(jie)線圖

本(ben)文以配(pèi)備 FANUC-0imateMD 系統(tǒng)的亞龍(long)559數控裝(zhuāng)調實訓(xùn)設備為(wei)例來進(jìn)行介🔱紹(shao)。其主軸(zhou)采用通(tong)用變頻(pín)器調速(su)控制，選(xuan)用的😄變(biàn)頻✌️器型(xing)号為歐(ōu)姆龍G3JZ，其(qi)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(san)相異步(bù)電動機(ji)。L1、L2、L3 端 子 經(jing) 交 流 接(jie) 觸 器KM、低(dī)壓斷路(lù)器 QF4接入(ru)電源。S1、S2端(duān)子分别(bie)通過中(zhong)間繼電(dian)器 KA5、KA6 的 常(chang)開觸點(diǎn)接 至 公(gōng)共端子(zǐ)SC，KA5、KA6常開觸(chù)點不能(néng)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(jiē)收來自(zì)數控系(xì)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼統的模(mó)拟量信(xìn)号以控(kong)制主軸(zhóu)的轉速(sù)，模拟量(liang)一般為(wéi)0V～10V 的電壓(ya)信号。

圖1　變頻(pín)器硬件(jiàn)接線圖(tu)

1.2變頻調(diao)速控制(zhi)梯形圖(tu)程序

數(shu)控機床(chuang)主軸正(zheng)、反轉是(shi)通過 PMC 梯(ti)形圖程(chéng)序進行(hang)控✌️制的(de)，根據主(zhu)軸控制(zhi)方式(如(ru)模拟量(liang)控制和(he)串行控(kòng)制方式(shì))的不同(tong)，其 PMC 梯形(xing)圖程序(xu)也有所(suo)不同。圖(tú)2為配備(bèi) FANUC-0imateMD 數控系(xì)統的亞(yà)龍559數控(kong)銑床的(de)模拟🏃‍♀️量(liang)主軸控(kòng)制 PMC 梯形(xing)圖程序(xu)。為便于(yú)分析識(shi)讀主軸(zhou)控制 PMC 梯(tī)形圖程(chéng)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(er)行🤟表示(shi)通過數(shù)控機床(chuáng)操作面(mian)闆上的(de)正反轉(zhuǎn)按鍵控(kòng)制機床(chuang)主軸進(jin)行正反(fǎn)轉;第三(san)、四行表(biǎo)示利用(yòng)加工編(biān)程程☂️序(xu)指令控(kong)制數控(kong)機📧床主(zhǔ)軸進行(hang)正反轉(zhuan);R0100.0中間信(xìn)号表示(shì)數控🌏機(ji)床工作(zuò)方式選(xuǎn)擇🔆中的(de)“手動”、“手(shou)輪”工作(zuo)方式。觀(guan)察 PMC 梯形(xing)圖程🆚序(xù)可知，通(tong)過數控(kòng)機床操(cāo)作面闆(pan)上的正(zhèng)反轉按(àn)鍵進行(hang)主軸控(kong)制時，工(gong)作方式(shì)選擇開(kāi)🤞關必須(xū)選擇“手(shǒu)動”或“手(shǒu)輪”工作(zuò)方式，使(shi) R0100.0 中間信(xìn)号為 1;RST信(xin)号為複(fu)位信📱号(hào)，其地址(zhǐ)😄為 F1.1，通過(guo)數控系(xì)統操作(zuò)面闆上(shang)的複位(wei)按鍵來(lái)實現系(xì)統複位(wèi)操作;M19為(wéi)主軸準(zhun)停信号(hao)，對于通(tōng)用變頻(pin)調速而(er)🐕 言，該信(xin)号無實(shí)際意義(yì);串聯 于(yú) 程 序 中(zhōng) 的 X0002.4 與 X0002.7、M03 與(yǔ)M04常閉觸(chu)點構成(cheng)了正、反(fǎn)轉互鎖(suǒ)✊保護信(xìn)号，X0002.5與🈚 M05常(chang)閉觸點(dian)為停止(zhi)信号，當(dang)手動操(cāo)作停止(zhǐ)或程序(xu)指令💞中(zhong)遇到 M05指(zhǐ)令時，PMC程(chéng)序無輸(shū)出信号(hao)，主軸停(ting)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(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(xian)圈的實(shí)際控制(zhi)。

圖2　數(shù)控銑床(chuáng)主軸控(kòng)制

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

2.數控系(xi)統參數(shù)設置

主(zhǔ)軸調速(su)控制系(xì)統在硬(yìng)件接線(xian)、PMC程序編(biān)輯完成(chéng)的🔞情況(kuang)下🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，還需(xu)正确設(shè)置數控(kòng)系統參(can)數與變(biàn)頻器參(can)數才能(neng)保證主(zhǔ)軸正确(que)運轉。數(shù)控系統(tong)參數設(she)定時，一(yī)部分參(cān)數可以(yǐ)直接🏃🏻查(chá)閱系💋統(tong)參數手(shǒu)冊直接(jie)設定，但(dàn)也有個(gè)别參數(shu)需要進(jin)行計算(suàn)後才能(neng)設定。

2.1設(she)置主軸(zhóu)控制系(xì)統參數(shù)

FANUC-0imateMD系統采(cai)用模拟(ni)量主軸(zhóu)控制方(fāng)式時，除(chú)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(ji)算後才(cái)能設定(dìng)外，其餘(yú)參數💔設(she)定如表(biao)2所示。

2.2　增(zeng)益及漂(piao)移參數(shù)的計算(suan)

FS-0iD系統中(zhong)參數3731為(wei)模拟量(liang)輸出時(shí)的漂移(yí)調整參(can)數，其功(gōng)能是改(gai)變S0轉速(su)所對應(yīng)的模拟(ni)量電壓(yā)輸出值(zhí)，參數設(shè)定範圍(wei)為🏃‍♀️ -1　024～1　024。在模(mó)☔拟量控(kong)制時，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速為S0時(shí)🔞，其對應(ying)👌的模拟(ni)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(chū)電壓通(tong)常大于(yú)或小于(yu)0V，此時，則(zé)需設置(zhi)3731參數，使(shi)輸出電(diàn)壓盡量(liàng)接近于(yú)0V。

3731參數設(shè)定值可(kě)按下式(shì)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(gǎi)變較高(gāo)主軸轉(zhuan)速Smax所對(dui)應的模(mo)拟量輸(shu)出值，并(bìng)改變輸(shū)出電壓(yā)和轉速(su)的比例(lì)。參數3730以(yi) 百 分 率(lǜ) 的 形 式(shì)👌 設 定，設(she) 定 值 範(fàn)☔ 圍 為 700～1　250，單(dān)位為0.1%。當(dāng)設定值(zhi)為1　000時，較(jiào)高轉速(su)Smax所對應(yīng)的💞模拟(ni)量輸出(chū)為10V。如果(guǒ)實際值(zhí)大于或(huo)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(jin)于10V。3730參數(shu)設定值(zhí)♊可按下(xia)式計算(suàn)：

本文數(shù)控機床(chuang)配置 FANUC-0imateMD 系(xi)統，主軸(zhóu)為通用(yong)變頻調(diào)速系統(tǒng)。為了♋優(yōu)化主軸(zhou)性能，必(bì)須計算(suan)和設定(dìng)漂移、增(zeng)益調整(zhěng)🌈參數。表(biao)3為漂移(yí)和增益(yi)參數設(shè)定前、後(hou)主軸在(zài)不同轉(zhuǎn)🌈速時所(suo)對應的(de)🈲頻率及(jí)實測電(diàn)壓值。由(yóu)表3可知(zhi)，當3730、3731參數(shu)設定值(zhí)均✍️為0，主(zhǔ)軸轉速(su)為S0時，變(biàn)頻器輸(shu)出頻率(lü)值為0，利(li)用萬用(yòng)表實測(ce)輸出電(diàn)壓為-0.048V。先(xiān)進行漂(piao)移參數(shù)計算，可(kě)💞得漂移(yí)參數值(zhí)3731=26，因為漂(piao)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(li)，即較高(gāo)轉速為(wei)1　400r/min時實測(cè)的模拟(nǐ)量輸出(chū)電壓為(wéi)9.93V，包含了(le)-0.048V 的漂移(yi)電壓，所(suǒ)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(jin)去再進(jin)🔞行增益(yì)🐇參數計(ji)算，較終(zhong)計算得(dé)增🐪益參(can)數值3730=1011。

表(biǎo)3　設置增(zēng)益及漂(piao)移參數(shu)

模拟量(liang)輸出的(de)漂移特(te)性曲線(xiàn)如圖3所(suǒ)示，調整(zhěng)漂移參(can)數可改(gai)變轉速(sù)S0所對應(yīng)的電壓(yā)輸出值(zhí)，使特性(xing)曲線上(shàng)下平移(yí)。本例中(zhōng)漂移參(cān)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(qǔ)線。經計(jì)算和設(shè)定漂移(yi)參數後(hòu)，再⚽次實(shí)測漂❄️移(yí)電壓為(wei)-0.002V，基本接(jiē)近于0V，特(tè)性曲線(xian)🍓基本接(jie)近理想(xiǎng)特性曲(qǔ)線。

模拟(ni)量輸出(chū)增益調(diao)整特性(xìng)曲線如(rú)圖4所示(shi)，調整增(zeng)益參數(shù)可改變(biàn)較大轉(zhuǎn)速所對(duì)應的模(mo)拟量電(diàn)壓輸出(chu)值，使特(te)性曲線(xiàn)的斜率(lü)發生變(biàn)化。本例(lì)中增益(yi)參✔️數設(she)定為0時(shí)，實測較(jiao)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(yì)參數後(hòu)，再次實(shi)測較大(da)轉速對(dui)應電壓(yā)變為10V，增(zeng)益特性(xìng)變為理(li)想🍉特性(xìng)曲線。

3.結(jie)語

本文(wén)詳細介(jie)紹了數(shù)控機床(chuáng)主軸通(tōng)用變頻(pín)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(zhou)控制功(gōng)能的情(qíng)況下，為(wéi)了使主(zhu)軸系統(tong)性能達(da)到理想(xiǎng)狀态，利(lì)用萬用(yòng)表對主(zhǔ)軸不同(tong)速度輸(shu)出時對(duì)應的模(mó)拟量電(diàn)壓信号(hao)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(jí)實際測(ce)量，使主(zhǔ)軸速度(dù)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(ti)供了🧑🏾‍🤝‍🧑🏼通(tong)俗易懂(dǒng)的變🚶‍♀️頻(pín)主軸系(xì)統安裝(zhuang)、調試及(jí)維修指(zhǐ)導方法(fǎ)。