西安數控(kòng)機床主軸控(kòng)制系統根據(jù)機床性能一(yī)般有變頻控(kòng)制與串行控(kong)制兩種方式(shi)，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(zhu)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(kong)機床主軸控(kong)制配🔴置上采(cǎi)取的策略都(dou)是滿足使用(yòng)要求情況下(xia)盡量降低配(pèi)置。主🈲軸采用(yòng)通用變頻器(qì)調速時隻能(néng)進行簡單的(de)速💯度控制🌈，它(tā)是利用數控(kong)系統輸出模(mo)拟量電壓作(zuò)為變頻器速(su)度控制信号(hào)，通過數控系(xi)統 PMC 程序為變(biàn)頻器提供正(zhèng)反轉信号，從(cong)而控制電機(ji)實現⁉️正反轉(zhuan)。串行主軸控(kòng)制指的是在(zai)主軸控📱制系(xì)統中采用交(jiāo)流主🔅軸驅動(dòng)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(fú)驅動器及伺(si)服電機實現(xiàn)主軸串行控(kong)制。串行主軸(zhou)不僅能較好(hǎo)地實💚現速度(du)控制，而且可(ke)通過 CNC實現主(zhu)軸定向準停(ting)、定位和 Cs軸等(děng)位置控制功(gong)能。對比這兩(liǎng)種主📐軸控制(zhì)方式可見，串(chuan)行主軸控制(zhi)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(liú)主軸驅動器(qì)及配套的專(zhuān)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(zhong)，很多經濟型(xing)數控機床主(zhu)軸都采用通(tōng)用變頻器調(diao)速或專用變(biàn)頻器💋調速方(fāng)式，以降低成(chéng)本。本文主要(yao)介紹主軸采(cai)用通🥵用變頻(pin)器調速方式(shì)時的👅調試方(fāng)法。

1.數控機床(chuang)主軸通用變(bian)頻調速控制(zhi)

數控機床主(zhǔ)軸采用通用(yong)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(dòng)機。在主軸調(diao)試時，首先應(yīng)正确完成變(biàn)💃🏻頻器與🤞電機(ji)及數控裝🐕置(zhì)的硬㊙️件接線(xiàn);其次是完成(cheng)主軸控制PMC梯(ti)形圖程序的(de)設計及輸入(rù)。主軸的速度(dù)🌈控制通過數(shu)控系統的模(mó)拟量輸出電(diàn)壓實現，正反(fǎn)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(xian)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(wei)例來進行介(jie)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(jiàn)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(qì) 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(dian)接 至 公共端(duan)子SC，KA5、KA6常開觸點(diǎn)不能同時閉(bì)合，它們分别(bie)控制電機正(zhèng)、反轉。A1、AC 端子🧑🏾‍🤝‍🧑🏼接(jie)至數控系統(tong)的JA40接口，接收(shōu)來自數控系(xì)統的模拟量(liang)信❌号以控制(zhì)主軸的轉速(su)，模拟量一般(ban)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(jin)行控制🤩的，根(gēn)據主軸控制(zhì)方式(如模拟(nǐ)量控制和串(chuan)行控制方式(shi))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(tú)程序。為便于(yú)分析識讀主(zhu)軸控制 PMC 梯形(xíng)圖程🏃‍♀️序，現将(jiang)輸入、輸出進(jìn)行說明，如表(biao)1所示。梯形圖(tu)程序中，第一(yi)、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(zhèng)反🌈轉;第三、四(si)行表示利用(yòng)加工編程程(chéng)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(hao)表示數控機(ji)床工作方式(shi)選擇中的“手(shǒu)動”、“手輪”工作(zuò)方式。觀察 PMC 梯(ti)形圖程序可(kě)知，通過數控(kòng)機床操作面(mian)闆上的正反(fǎn)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(wéi)複位信号，其(qí)地址為 F1.1，通過(guo)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(zhǔ)軸準停信号(hào)，對于通用變(biàn)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(chù)點構成了正(zhèng)、反轉互鎖保(bao)護信号，X0002.5與 M05常(chang)閉觸點為停(tíng)止信号，當手(shǒu)動操作停止(zhǐ)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(zhóu)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(jian)🐉輸出信号，将(jiang)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(xiàn)圈的實際控(kong)制。

圖2　數控(kong)銑床主軸控(kòng)制

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

2.數控系統參(can)數設置

主軸(zhou)調速控制系(xi)統在硬件接(jiē)線、PMC程序編輯(jí)完成的情況(kuàng)下，還需正确(què)設置數控系(xi)統參數與變(biàn)頻器參數才(cai)能保證主軸(zhou)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(cè)直接設定，但(dan)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(tong)參數

FANUC-0imateMD系統采(cǎi)用模拟量主(zhǔ)軸控制方式(shì)時，除了增益(yì)調整參數3730、漂(piao)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(biao)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(cān)數，其功能是(shi)改變S0轉速所(suo)對應的模拟(nǐ)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(shi)，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(dàn)經萬用表檢(jiǎn)查發現實際(jì)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(cān)數設定值可(ke)按下式計算(suàn)：

表2　主軸控制(zhi)系統參數設(shè)置

FS-0iD系統中參(can)數3730為模拟量(liang)輸出時的增(zeng)益調整參數(shu)，該參數可改(gǎi)變較高主軸(zhou)轉速Smax所對應(yīng)的模拟量輸(shu)出值，并⚽改變(biàn)輸出🐕電壓👈和(he)轉速的比例(lì)。參數3730以 百 分(fen) 率 的 形 式 設(she) 定，設 定 值 範(fàn) 圍 為 700～1　250，單位為(wei)0.1%。當設定值為(wéi)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(zhi)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(mo)拟量輸出盡(jìn)量接近于10V。3730參(cān)數設定值可(kě)按下式計算(suàn)：

本文數控機(ji)床配置 FANUC-0imateMD 系統(tong)，主軸為通用(yòng)變頻調速系(xi)統。為了優化(huà)主軸性能，必(bi)須計算和設(she)定漂移、增益(yì)調整📐參數。表(biǎo)3為♻️漂移和增(zēng)益參數設定(ding)前、後主軸在(zài)不同轉速時(shi)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(shi)，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(piāo)👨‍❤️‍👨移參數計算(suàn)，可💞得漂移參(can)數值☀️3731=26，因為漂(piao)移将同時影(ying)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(shu)出電壓為9.93V，包(bao)♉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(diàn)壓考慮進去(qu)再進行增益(yì)參數計算，較(jiào)終計算得增(zēng)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(yi)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(suo)對應的電壓(ya)輸出值，使特(tè)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(qǔ)線為負向漂(piāo)移曲線。經計(jì)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(jiē)近理想特性(xìng)曲線。

模拟量(liàng)輸出增益調(diào)整特性曲線(xiàn)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(dian)壓輸出值，使(shǐ)特性曲線的(de)♻️斜率發生變(bian)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(ke)見特性曲線(xian)為增益過小(xiǎo)❗。經計算、設定(ding)增益參數後(hou)，再次實測較(jiào)大轉速對應(ying)電壓變為10V，增(zeng)益特✏️性變為(wéi)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(pin)調速方🌐式的(de)硬件接♍線、PMC梯(ti)形圖程序設(shè)計及系統參(cān)數設定🈲方法(fǎ)。在完成主🧑🏾‍🤝‍🧑🏼軸(zhou)控🚩制功能的(de)情況下，為了(le)使主軸系統(tǒng)性能達到理(lǐ)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(can)數的計算、設(shè)定及實際測(cè)量，使主軸速(su)度輸出特性(xing)達到理想狀(zhuàng)态。為廣大數(shu)控機床維修(xiu)維護人員提(ti)供了通俗易(yì)懂的變👅頻主(zhu)軸系統安裝(zhuang)、調試及維修(xiū)指導方法。