西(xi)安數控(kong)機床主(zhǔ)軸控制(zhi)系統根(gen)據機床(chuáng)性能一(yī)般有變(biàn)頻控制(zhi)與串行(hang)控制兩(liǎng)☔種方式(shì)，如經濟(ji)型數控(kòng)機床主(zhu)軸控制(zhì)🚶通常😘采(cǎi)用變頻(pin)調速控(kòng)制;數控(kòng)銑、加工(gong)中心主(zhu)軸控制(zhi)通常采(cǎi)用交流(liu)主軸驅(qū)動器來(lai)實現㊙️主(zhu)軸串行(hang)控制。在(zài)生産實(shi)踐中，各(gè)廠家在(zai)數控機(jī)床主軸(zhou)控制配(pèi)🐇置上采(cǎi)取的策(cè)略都是(shì)滿足使(shǐ)用要求(qiú)情況下(xia)盡量降(jiang)低配置(zhì)。主🚶‍♀️軸采(cǎi)用通用(yòng)變頻器(qì)調速時(shí)隻能進(jin)行簡單(dān)的速度(du)控制，它(tā)是利用(yong)數控系(xì)統輸出(chū)模拟量(liàng)電壓作(zuò)為變頻(pin)器速度(dù)控制信(xin)号，通過(guo)數控系(xi)統 PMC 程序(xu)為變頻(pín)器提供(gong)正反轉(zhuan)信号，從(cong)而控制(zhi)電機😍實(shi)現正反(fan)轉。串行(hang)主軸控(kong)制指的(de)是在主(zhu)軸控制(zhì)系統中(zhōng)采用交(jiāo)流主軸(zhou)驅動器(qì)來🚩實現(xiàn)主軸控(kong)制的方(fāng)式，如🏃🏻 FANUC-0iC/D 系(xì) 統 一 般(bān) 配 置 專(zhuān) 用 的FANUC交(jiao)流伺服(fu)驅動器(qi)及伺服(fu)電🏒機實(shí)現主👉軸(zhóu)串行控(kòng)制。串行(háng)主軸不(bu)僅能✍️較(jiao)好地實(shí)現速度(dù)控制，而(er)☁️且可通(tong)過 CNC實現(xian)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(liang)種主軸(zhóu)控制方(fang)式可見(jian)，串行主(zhǔ)軸控制(zhi)方式🍉較(jiao)通用變(biàn)頻器主(zhu)軸控制(zhi)方式 功(gong)能強大(da)、配置高(gao)。由于交(jiao)流主軸(zhou)驅動器(qi)及配⚽套(tao)的專用(yòng)電機成(chéng)本💯較高(gao)，因此造(zao)成了數(shu)控機床(chuang)整機成(chéng)本也相(xiang)對較高(gao)。生産實(shi)際中，很(hen)多經💃🏻濟(jì)型數控(kòng)🔞機床主(zhu)軸都采(cǎi)用通🔞用(yòng)變頻器(qi)調速或(huo)專用變(biàn)🈚頻器💚調(diào)速方式(shi)，以降低(di)成本。本(běn)文主要(yao)介紹主(zhu)軸🥰采用(yong)通用變(bian)頻器調(diao)速方式(shi)時的調(diao)試方法(fǎ)。

1.數控機(jī)床主軸(zhou)通用變(bian)頻調速(sù)控制

數(shù)控機床(chuáng)主軸采(cai)用通用(yong)變頻調(diao)速控制(zhì)方式時(shi)，典型的(de)硬✂️件配(pei)置為數(shu)控裝置(zhi)、通用變(biàn)頻器及(jí)普通三(san)🏃相異步(bu)電動機(ji)。在主軸(zhou)調試時(shi)，首先應(ying)正确完(wan)成變頻(pin)器與💰電(diàn)機及數(shu)控裝置(zhì)的硬件(jiàn)接線;其(qi)次是完(wán)成主軸(zhóu)控制✌️PMC梯(ti)形圖程(cheng)序的設(she)計及輸(shū)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(dian)壓實現(xiàn)，正反轉(zhuǎn)控制通(tong)過PMC程序(xù)來實現(xiàn)。

1.1變頻調(diao)速控制(zhi)硬件接(jie)線圖

本(běn)文以配(pei)備 FANUC-0imateMD 系統(tǒng)的亞龍(long)559數控裝(zhuang)調實訓(xùn)設備為(wéi)例來🔞進(jìn)行介紹(shào)。其主軸(zhou)采用通(tong)用變頻(pin)器調速(sù)控制，選(xuǎn)用的變(bian)頻器型(xíng)号為📧歐(ōu)姆龍G3JZ，其(qí)硬件接(jiē)線如圖(tú)1所示☁️。變(bian)頻器的(de) U、V、W 端子直(zhí)接接三(san)相異步(bu)電動機(ji)。L1、L2、L3 端 子 經(jing) 交 流 接(jie) 觸 器KM、低(di)壓斷路(lu)器 QF4接入(rù)電源。S1、S2端(duan)子分别(bie)通過中(zhong)💯間繼電(diàn)器 KA5、KA6 的 常(chang)開觸點(diǎn)接 至 公(gōng)共端子(zi)SC，KA5、KA6常開觸(chù)點不能(neng)同時閉(bi)合，它們(men)分别控(kòng)制電❤️機(ji)正、反轉(zhuǎn)。A1、AC 端子接(jie)至數控(kòng)系統的(de)JA40接口，接(jie)收來自(zì)數控系(xi)統的模(mo)拟量信(xìn)👄号以控(kòng)制主軸(zhóu)的轉📐速(su)，模拟量(liang)一般為(wéi)0V～10V 的電壓(yā)信号。

圖1　變頻(pín)器硬件(jian)接線圖(tu)

1.2變頻調(diào)速控制(zhì)梯形圖(tu)程序

數(shù)控機床(chuang)主軸正(zhèng)、反轉是(shi)通過 PMC 梯(ti)形圖程(chéng)序進行(háng)控⁉️制🈲的(de)，根👅據主(zhu)軸控制(zhì)方式(如(rú)模拟量(liàng)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(tu)2為配備(bèi) FANUC-0imateMD 數控系(xi)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(xíng)圖程序(xù)。為便于(yu)分析識(shí)讀主軸(zhóu)控制 PMC 梯(tī)形圖程(chéng)序，現将(jiāng)輸入、輸(shu)出進行(hang)說🈲明，如(rú)表1所示(shi)㊙️。梯形圖(tu)程序🔴中(zhōng)，第一、二(èr)行🏃‍♂️表示(shi)通過數(shù)控機床(chuáng)操作面(miàn)闆上的(de)正反轉(zhuǎn)按鍵控(kong)制機床(chuang)主軸進(jìn)行正反(fǎn)轉;第三(san)、四行表(biao)示💚利用(yong)加工編(bian)程程序(xù)指令控(kong)制數控(kòng)🌈機🧑🏽‍🤝‍🧑🏻床主(zhu)軸進✉️行(hang)正反轉(zhuan);R0100.0中間信(xìn)号表🌈示(shi)數控♉機(jī)床工作(zuò)方式選(xuǎn)擇中的(de)“手動”、“手(shǒu)輪”工作(zuo)方式。觀(guan)察 PMC 梯形(xing)圖程序(xu)可知，通(tong)😘過數控(kòng)機床操(cao)作面闆(pan)上的正(zheng)反轉按(àn)鍵進行(hang)主軸控(kòng)制時，工(gōng)作方式(shì)選擇開(kai)關必須(xū)選擇“手(shǒu)動”或“手(shou)輪”工作(zuò)方式，使(shǐ) R0100.0 中間信(xìn)号為 1;RST信(xin)号為☁️複(fu)位信号(hào)，其地址(zhi)為 F1.1，通過(guo)數控系(xi)統操🌈作(zuo)面闆上(shang)的複位(wèi)按鍵來(lai)實現系(xi)統複位(wei)操作;M19為(wéi)主軸準(zhǔn)停信号(hao)，對于通(tōng)用變頻(pin)調💯速而(ér) 言，該信(xin)号無實(shi)際意義(yì);串聯 于(yú) 程 序❄️ 中(zhong) 的 X0002.4 與 X0002.7、M03 與(yǔ)☎️M04常閉觸(chù)點構成(cheng)了正、反(fǎn)轉互鎖(suǒ)保護信(xìn)号，X0002.5與♌ M05常(cháng)閉觸點(diǎn)為停止(zhi)信号，當(dāng)手動操(cao)作停止(zhǐ)或程序(xu)指令中(zhōng)遇到 M05指(zhǐ)令時，PMC程(chéng)序無輸(shū)出信号(hào)✂️，主軸停(ting)止 轉動(dòng);R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信号為(wei)主軸正(zhèng)反轉的(de)中間輸(shu)出信号(hao)，将其🔱常(chang)開觸點(diǎn)⁉️接至實(shi)際的輸(shu)出 Y0005.5、Y0005.6，即可(kě)實現電(dian)路中線(xian)圈的實(shi)際控制(zhì)。

圖2　數(shu)控銑床(chuáng)主軸控(kòng)制

PMC梯形(xing)圖表1　輸(shu)入、輸出(chu)信号及(jí)含義表(biǎo)1。

2.數控系(xi)統參數(shu)設置

主(zhu)軸調速(su)控制系(xi)統在硬(ying)件接線(xian)、PMC程序編(bian)輯完成(chéng)的情況(kuàng)下，還需(xū)正确設(she)置數控(kòng)系統參(cān)數與變(bian)頻器參(can)數才能(néng)保證主(zhǔ)軸正确(que)運轉。數(shu)控系統(tong)參數設(she)定時，一(yī)部分參(can)數可以(yi)直接💯查(chá)閱系統(tǒng)參數手(shou)冊直接(jiē)設定，但(dàn)也有個(ge)别參數(shù)需要進(jìn)行計算(suàn)後才能(néng)設定。

2.1設(shè)置主軸(zhou)控制系(xi)統參數(shu)

FANUC-0imateMD系統采(cǎi)用模拟(ni)量主軸(zhou)控制方(fang)式時，除(chu)了增益(yì)調整參(cān)數3730、漂移(yí)調整3731兩(liang)個參數(shu)需要計(ji)算後才(cái)能設定(ding)外🐉，其餘(yu)參數設(shè)定⚽如表(biao)2所示。

2.2　增(zēng)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(shi)的漂移(yí)調整參(can)數，其功(gong)能🧑🏽‍🤝‍🧑🏻是改(gǎi)變S0轉速(sù)所對應(ying)的模拟(ni)量電壓(yā)輸出值(zhi)，參數設(shè)定範圍(wéi)為 -1　024～1　024。在模(mó)拟量控(kong)制時，當(dang)主軸轉(zhuan)速為S0時(shí)，其對應(yīng)的模拟(nǐ)量輸出(chū)電壓在(zai)理論上(shang)應為0V，但(dan)經萬用(yòng)表檢查(cha)發現實(shi)際輸出(chu)電壓通(tong)常大于(yu)或小于(yú)0V，此⭐時，則(ze)需設置(zhì)3731參數，使(shi)輸出電(diàn)壓盡量(liàng)接近于(yu)0V。

3731參數設(she)定值可(ke)按下式(shi)計算：

表(biǎo)2　主軸控(kong)制系統(tǒng)參數設(shè)置

FS-0iD系統中(zhong)參數3730為(wei)模拟量(liàng)輸出時(shí)的增益(yi)調整參(cān)數，該參(can)數可改(gǎi)變🈲較高(gāo)主軸轉(zhuan)速Smax所對(duì)應的模(mó)拟量輸(shū)出值，并(bing)改變輸(shū)出電壓(yā)和轉速(su)的比例(lì)。參數3730以(yǐ) 百 分 率(lǜ) 的 形 式(shi)㊙️ 設 定，設(shè) 定 值 範(fàn) 圍 為 700～1　250，單(dan)位為0.1%。當(dang)設定值(zhi)為1　000時，較(jiao)高轉速(sù)Smax所對應(ying)的🚩模拟(nǐ)量輸出(chu)為10V。如果(guǒ)實際值(zhí)大于或(huò)小于10V，可(kě)改變3730參(can)數調整(zhěng)增益值(zhí)，使較高(gāo)轉速Smax所(suo)對應的(de)模拟量(liàng)輸出盡(jìn)量接近(jìn)于10V。3730參數(shù)設定值(zhi)可按下(xia)式計算(suan)：

本文數(shù)控機床(chuang)配置 FANUC-0imateMD 系(xì)統，主軸(zhou)為通用(yòng)變頻調(diào)速系統(tǒng)。為✔️了優(yōu)化👣主軸(zhou)性能，必(bi)須計算(suàn)和設定(ding)漂移、增(zēng)益調整(zheng)參數🆚。表(biao)3為漂移(yi)㊙️和增益(yi)參數設(shè)定前、後(hòu)主軸在(zài)💰不同轉(zhuan)速時所(suǒ)對應的(de)頻率及(jí)實測電(diàn)💛壓值。由(you)表3可📐知(zhī)，當3730、3731參數(shu)設定值(zhí)均為0，主(zhu)軸轉速(sù)為S0時，變(bian)頻器輸(shu)出頻率(lǜ)值為0，利(li)🈚用萬用(yòng)表實測(ce)輸出電(diàn)壓為-0.048V。先(xian)進行漂(piao)移參數(shu)計算✏️，可(kě)得漂移(yi)參數值(zhí)3731=26，因為漂(piāo)移将同(tóng)時影響(xiǎng)較高轉(zhuan)速Smax對應(yīng)的輸出(chu)電壓。以(yi)表3為例(lì)，即較高(gao)轉速為(wei)1　400r/min時實測(ce)的模拟(nǐ)量輸出(chū)電壓為(wei)9.93V，包🧑🏾‍🤝‍🧑🏼含了(le)-0.048V 的漂移(yi)電壓，所(suo)以在計(ji)算增益(yì)調整參(cān)數時，必(bi)須将漂(piāo)移電壓(yā)考慮進(jìn)去再進(jin)行增益(yi)☂️參數計(ji)算，較終(zhōng)計算得(dé)增益參(can)數值3730=1011。

表(biǎo)3　設置增(zeng)益及漂(piāo)移參數(shù)

模拟量(liàng)輸出的(de)漂移特(te)性曲線(xiàn)如圖3所(suo)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(zhong)漂移參(can)數設定(ding)為0時，實(shi)測S0轉速(sù)🌍對應電(diàn)壓為-0.048V，特(tè)性曲線(xian)為負向(xiang)漂移曲(qǔ)線。經計(jì)算和設(shè)定漂移(yi)♊參數後(hou)，再次實(shi)測漂移(yi)電壓為(wéi)-0.002V，基本接(jie)近🔴于0V，特(te)性曲線(xian)基本接(jie)近理想(xiǎng)特性曲(qǔ)線。

模拟(nǐ)量輸出(chu)增益調(diào)整特性(xìng)曲線如(rú)圖4所示(shì)，調整增(zeng)益參數(shù)可改變(bian)較大轉(zhuan)速所對(dui)應的模(mo)拟量電(diàn)壓輸出(chū)值⚽，使特(tè)性曲🏃‍♀️線(xiàn)的斜率(lǜ)發生變(biàn)化。本例(li)中增益(yi)參數設(shè)定為0時(shi)，實測較(jiào)大轉速(sù)對應的(de)電壓為(wei)9.93V，可見特(tè)性曲線(xian)為🚶增益(yì)過小。經(jing)計算、設(she)定增益(yi)參數後(hou)，再次實(shí)測較大(dà)轉速對(duì)應電壓(ya)變為10V，增(zēng)益特性(xìng)變為理(li)想♍特性(xing)曲線。

3.結(jié)語

本文(wen)詳細介(jie)紹了數(shù)控機床(chuáng)主軸通(tong)用變頻(pín)調速方(fang)式的硬(yìng)件接線(xiàn)、PMC梯形圖(tú)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(wei)了使主(zhǔ)軸👅系統(tong)性能達(dá)到理想(xiang)狀态，利(li)用萬用(yòng)表♈對主(zhǔ)軸不同(tóng)🍓速度輸(shū)出時對(duì)應的模(mó)拟量電(diàn)壓信号(hào)進行了(le)反複實(shi)測，并經(jīng)過漂移(yí)、增益調(diào)👣整參數(shu)的計☂️算(suan)、設定及(jí)實❓際測(cè)量，使主(zhu)軸速度(du)輸出特(tè)性🏃達到(dao)理想狀(zhuàng)态。為廣(guǎng)大數控(kong)機床維(wéi)修維護(hù)人員提(tí)供了⭐通(tong)俗易懂(dǒng)的變頻(pin)主軸系(xì)統安裝(zhuang)、調📧試及(ji)維修指(zhi)導方法(fa)。