西安數控機床主(zhu)軸控制系統根據(ju)機床性能一般有(you)變頻控制與串行(háng)控制兩種方式，如(ru)經濟型數控機床(chuáng)主軸控制通常🏒采(cǎi)用變頻調速控制(zhì);數控銑、加工中心(xin)主軸控制通常采(cai)用交流主軸驅動(dong)器來實現☁️主軸串(chuàn)行控制。在生産實(shí)踐中，各廠家在數(shu)❤️控機床主📱軸控制(zhi)配置上采取的☔策(cè)略都是滿足使用(yong)要求情況下盡量(liàng)😘降低配置。主軸采(cǎi)用通用變頻器調(diào)速時隻能進行簡(jian)單的速度控制，它(tā)是利用數控系統(tong)輸出模拟量電壓(ya)作為變頻器速度(du)控制信号，通過數(shù)控系統 PMC 程序為變(bian)頻器提供正反轉(zhuǎn)信号，從而控制電(diàn)機實現🤞正反轉。串(chuàn)行主軸控制指♍的(de)是在主軸控制系(xì)統中采用交流主(zhu)軸驅動器來實現(xiàn)主軸控制的方式(shì)，如 FANUC-0iC/D 系 統❓ 一 般 配 置(zhi) 專 用 的FANUC交流伺服(fu)驅動器及伺服電(dian)機實現主♌軸串行(hang)控制。串行主軸不(bu)僅能較好地實現(xian)速度控制，而且可(kě)通過 CNC實現主軸定(dìng)向準停、定位🥰和 Cs軸(zhou)等位置控制功🧡能(neng)。對比這兩種主🍓軸(zhou)控制方式可見，串(chuan)行主🈲軸控制方式(shi)較通用變頻器主(zhu)軸控制方式 功能(neng)強大、配置高。由于(yú)交🆚流主軸驅動器(qì)及配套的專用電(dian)機成本☂️較高，因此(cǐ)造成🐪了數控機☂️床(chuang)整機成本也相對(dui)較高。生産實際中(zhōng)，很多經😘濟型數控(kong)❓機床主軸都采用(yòng)通用變頻器調速(sù)或專用變頻器調(diao)速方式，以降低成(cheng)本。本文主要介紹(shào)主軸采用通用變(biàn)頻器調速方式時(shi)的調試方法。

1.數控(kong)機床主軸通用變(biàn)頻調速控制

數控(kòng)機床主軸采用通(tōng)用變頻調速控制(zhi)方式時，典型的硬(ying)件配置為數控裝(zhuāng)置、通用變頻器及(jí)普通三相異步電(dian)動機。在主軸調試(shì)時，首先應正确完(wan)成變頻器與電機(ji)及數控裝置的硬(yìng)件接線;其次是完(wan)成主軸控制PMC梯形(xing)圖程序的設計及(jí)輸入。主軸的速度(du)控制通過數控系(xi)統的模🐪拟量輸出(chu)電壓實現，正反💛轉(zhuan)控制通過PMC程序來(lái)實現。

1.1變頻調速控(kòng)制硬件接線圖

本(ben)文以配備 FANUC-0imateMD 系統的(de)亞龍559數控裝調實(shi)訓設備為例來進(jin)行介紹。其主軸采(cǎi)用通用變頻器調(diao)速控制，選用的變(biàn)頻✔️器型📐号為歐姆(mǔ)龍G3JZ，其硬件接線如(rú)圖1所示。變頻器的(de) U、V、W 端子直接接三相(xiang)異步電動機。L1、L2、L3 端 子(zi) 經 交 流 接 觸 器KM、低(di)壓斷路⚽器 QF4接入電(dian)源。S1、S2端子分别通過(guò)中間繼電器 KA5、KA6 的 常(chang)開觸點接❗ 至 公共(gòng)端子SC，KA5、KA6常開觸點不(bu)能同時閉合，它們(men)分别控制電機正(zhèng)、反轉。A1、AC 端子🚶接至數(shu)控系統的JA40接口❤️，接(jiē)收來自數控系統(tǒng)的模拟量信号以(yǐ)控制主軸的轉速(su)，模拟量一般為0V～10V 的(de)電壓信号。

圖(tú)1　變頻器硬件接線(xian)圖

1.2變頻調速控制(zhì)梯形圖程序

數控(kòng)機床主軸正、反轉(zhuan)是通過 PMC 梯形圖程(chéng)序進行控✏️制的，根(gen)🐇據主軸控制方式(shì)(如模拟量控制和(hé)串行控制方式)的(de)不同，其 PMC 梯形圖程(cheng)序也有所不同。圖(tu)2為配備 FANUC-0imateMD 數控系統(tǒng)的亞龍559數🤩控銑床(chuáng)的模拟🍉量主軸控(kong)制 PMC 梯形圖程序。為(wei)便于分析識讀主(zhu)軸控制 PMC 梯形圖程(cheng)序，現将輸入、輸出(chu)進行說明，如表1所(suǒ)示。梯形圖程序中(zhong)，第一、二行表示通(tōng)過數控機床操作(zuò)面闆上的正反轉(zhuǎn)按鍵控制機🥰床主(zhǔ)軸進行正反轉;第(dì)三、四行表示利用(yòng)加工編程程序指(zhi)令控制數控機床(chuang)主軸進行正反轉(zhuan)🌍;R0100.0中間信号表示數(shù)控機床工作方式(shi)選擇🌈中的“手動”、“手(shǒu)輪”工作方式。觀察(cha) PMC 梯形圖程序可知(zhī)，通過數控機床操(cāo)作面闆上的👅正反(fan)轉按鍵進行主軸(zhou)🔴控制時，工作方式(shì)選擇開關必須選(xuan)擇“手動”或“手輪❌”工(gong)作方式，使 R0100.0 中間信(xìn)号為 1;RST信号為🈲複位(wei)信✉️号，其地址為 F1.1，通(tōng)過數控系統操作(zuò)面闆上的複位按(an)鍵來實現系統複(fu)位操作;M19為主🌏軸準(zhǔn)停信号，對于通用(yòng)變頻調速而 言，該(gai)信号無實際意義(yi);串聯 于 程 序 中 的(de) X0002.4 與 X0002.7、M03 與M04常閉觸點構(gòu)成了正、反轉互鎖(suǒ)保護信号，X0002.5與☁️ M05常閉(bì)觸點為停止信号(hào)，當手動操作停止(zhǐ)或程序指令中遇(yu)到 M05指令時，PMC程序無(wú)輸出信号☁️，主軸停(ting)止 轉動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信号❗為主(zhu)軸正反轉的中間(jiān)輸出信号，将其📐常(cháng)開觸點接至🛀🏻實際(ji)的輸出 Y0005.5、Y0005.6，即可實現(xian)電路中線圈的實(shi)際☔控制。

圖2　數(shù)控銑床主軸控制(zhì)

PMC梯形圖表1　輸入、輸(shū)出信号及含義表(biao)1。

2.數控系統參數設(shè)置

主軸調速控制(zhi)系統在硬件接線(xiàn)、PMC程序編輯完成的(de)情況下🐪，還需🔅正确(què)設置數控系統參(can)數與變頻器參💔數(shù)才能保🔱證主軸正(zhèng)确運😘轉。數控系統(tong)參數設定時，一部(bù)分⛷️參數可以直接(jie)查閱系統參數手(shou)冊直接設定，但也(ye)有個别參數需要(yào)進行計算後才🏃‍♀️能(néng)設定。

2.1設置主軸控(kong)制系統參數

FANUC-0imateMD系統(tong)采用模拟量主軸(zhóu)控制方式時，除了(le)增益調整參🏒數3730、漂(piao)移調整3731兩個參數(shu)需要計算後才能(néng)設定外，其餘參數(shu)設定❓如表2所示。

2.2　增(zēng)益及漂移參數的(de)計算

FS-0iD系統中參數(shu)3731為模拟量輸出時(shí)的漂移調整參數(shu)，其功能是改變⁉️S0轉(zhuan)速所對應的模拟(nǐ)量電壓輸出值，參(can)數設定範圍為 -1　024～1　024。在(zai)模拟量控制時，當(dang)主軸轉速為S0時💞，其(qi)對應的模拟📞量輸(shū)出電壓在理論上(shàng)😍應為0V，但經萬用表(biǎo)檢查⭐發現實際輸(shū)出電壓通常大于(yú)或小于0V，此📐時，則需(xū)設置3731參數，使輸出(chu)電壓盡量接近于(yú)0V。

3731參數設定值可按(àn)下式計算：

表2　主軸(zhóu)控制系統參數設(she)置

FS-0iD系統中參數3730為模(mo)拟量輸出時的增(zēng)益調整參數，該參(can)數可改變較高主(zhǔ)軸轉速Smax所對應的(de)模拟量輸出值，并(bìng)改變輸出電壓和(he)轉速的比例。參數(shu)3730以 百 分 率 的 形 式(shì)✂️ 設 定，設 定 值 範 圍(wéi) 為 700～1　250，單位為0.1%。當設定(ding)值為1　000時，較高轉速(su)Smax所對應的模拟量(liàng)輸出為10V。如果實際(jì)值大于或小于10V，可(ke)🔞改變3730參數調整增(zēng)益值，使較高轉速(su)Smax所對應的模拟量(liàng)輸出盡量接近于(yu)10V。3730參數設定值可按(an)下式計算：

本文數(shù)控機床配置 FANUC-0imateMD 系統(tong)，主軸為通用變頻(pin)調速系🍓統。為了🐇優(yōu)化主軸性能，必須(xu)計算和設定漂移(yi)、增益調整🎯參數。表(biao)3為漂移和增益參(cān)數設定前、後主軸(zhou)在不同轉速時所(suǒ)對應的頻率及實(shí)測電壓值。由表3可(kě)知，當3730、3731參數😄設定值(zhi)均為0，主軸轉速為(wei)S0時，變🈲頻器輸出頻(pin)率值為0，利用萬用(yòng)表實測輸出電壓(yā)為-0.048V。先進行漂移參(can)數計算，可得漂移(yi)參數值3731=26，因為漂移(yí)将同時影響較高(gao)轉速Smax對應的輸出(chū)電壓。以表3為例，即(jí)較高轉速為1　400r/min時實(shí)測的模拟量輸出(chū)電壓為9.93V，包含了-0.048V 的(de)漂移電壓，所以在(zai)計算增益🏃🏻‍♂️調整參(can)❄️數時，必須将漂💔移(yí)電壓考慮進去再(zài)進行增益😘參數計(ji)算，較終計算得增(zēng)益參數值3730=1011。

表3　設置(zhì)增益及漂移參數(shù)

模拟量(liang)輸出的漂移特性(xìng)曲線如圖3所示，調(diào)整漂移參❄️數♍可改(gai)🔞變轉速S0所對應的(de)電壓輸出值，使特(te)性曲👉線上🏒下平移(yi)。本例中漂移參數(shù)設定為0時，實測S0轉(zhuan)速對應電壓為-0.048V，特(tè)性曲線✉️為負向漂(piāo)移曲線。經計算和(he)❤️設定漂移參數後(hou)，再次實測漂移電(diàn)壓為-0.002V，基本接近💛于(yu)0V，特性曲線基本接(jiē)近理想特性曲線(xian)。

模拟量輸出增益(yi)調整特性曲線如(ru)圖4所示，調整增益(yi)參數🚶‍♀️可改變較大(dà)轉速所對應的模(mó)拟量電壓輸出值(zhi)，使特性曲✌️線的斜(xié)率發生變化。本例(lì)中增益參數設定(dìng)為0時，實💋測較大轉(zhuǎn)速對應的電📧壓為(wei)9.93V，可見特☔性曲線為(wéi)增益過小🔞。經計算(suàn)、設☂️定增益參數後(hou)，再次實測較大轉(zhuan)速對應電壓變為(wei)10V，增益特性變為理(li)想特性曲線。

3.結語(yǔ)

本文詳細介紹了(le)數控機床主軸通(tong)用變頻調速方🍓式(shi)的硬件接線、PMC梯形(xing)圖程序設計及系(xi)統參數設定方法(fǎ)。在完成主軸控制(zhi)功能的情況下，為(wei)了使主軸♊系統性(xìng)能達到👉理想狀❗态(tài)，利用萬用表對主(zhu)軸不同速度輸出(chū)時對應的模拟量(liang)電壓信号進行了(le)反複實測，并經過(guo)漂移、增益調整參(can)數的計算、設定及(ji)實🔞際測量，使主軸(zhou)⁉️速度輸出特性達(da)到理想狀态。為廣(guang)大數控機床維修(xiū)維護人員提供了(le)通俗易懂的變頻(pín)主軸系統安裝、調(diào)試及維修指導方(fāng)法。