西(xi)安數控(kòng)機床主(zhu)軸控制(zhì)系統根(gen)據機床(chuang)性能一(yi)般有變(biàn)頻控制(zhì)與串行(hang)控制兩(liǎng)🔱種方式(shì)，如經濟(ji)型數控(kong)機床主(zhǔ)軸控制(zhi)通常采(cǎi)用變頻(pin)調速控(kong)制🍉;數控(kong)銑、加工(gōng)中心主(zhǔ)軸控制(zhi)通常采(cǎi)用交流(liú)主軸驅(qu)動器來(lai)實現主(zhǔ)軸串行(hang)控制。在(zai)生産實(shí)踐中，各(ge)廠家在(zài)數控機(ji)床主軸(zhóu)控制配(pei)置上采(cai)取的策(ce)略都是(shi)滿🐅足使(shǐ)用要求(qiu)情況下(xià)盡量降(jiang)低配置(zhi)。主💜軸采(cai)用通用(yòng)變頻❄️器(qì)調速時(shí)隻能進(jìn)行簡單(dan)的速⛷️度(du)控制，它(tā)是利用(yòng)數控系(xì)統輸出(chu)模拟量(liàng)電壓作(zuò)為變頻(pín)器速度(du)控制信(xin)号，通過(guo)數控系(xi)統 PMC 程🏃‍♂️序(xù)為變頻(pín)器提供(gòng)正反🈲轉(zhuan)信号，從(cóng)而控制(zhi)電機🏃🏻‍♂️實(shí)現‼️正反(fan)轉。串行(hang)主軸🌍控(kong)制指的(de)是在主(zhu)軸控制(zhi)系統中(zhong)采用交(jiao)流主軸(zhou)驅動器(qì)來實現(xian)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(jiāo)💛流伺服(fú)驅動器(qi)及伺服(fú)電機實(shí)現主軸(zhou)串行控(kòng)制。串行(háng)主軸🌈不(bú)僅能較(jiao)好地實(shi)♍現速度(du)控制，而(ér)🈚且可🤩通(tōng)過 CNC實現(xian)主軸定(dìng)向準停(ting)、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(jiàn)，串行主(zhu)軸控制(zhi)方式較(jiào)通用變(bian)頻器主(zhu)軸控制(zhi)㊙️方式 功(gong)能強大(dà)、配置高(gāo)。由于交(jiao)流主軸(zhóu)驅動器(qi)及配🌈套(tao)的專用(yong)電機成(chéng)本較高(gao)，因此造(zào)成💚了☁️數(shu)控機床(chuang)整🐆機成(cheng)本也相(xiang)對較高(gāo)。生産實(shi)際中，很(hen)多經濟(jì)型數控(kong)🏃‍♀️機床主(zhǔ)軸都采(cai)用通🌈用(yong)變頻器(qì)調速♻️或(huo)專用變(biàn)頻器調(diào)速方式(shì)，以降低(di)成本。本(ben)文主要(yao)介紹主(zhǔ)軸采用(yong)通用變(biàn)頻器調(diao)速方式(shì)時的調(diao)試方法(fa)。

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(yòng)變頻調(diao)速控制(zhi)方式時(shi)，典型💋的(de)硬件配(pèi)置為數(shù)控裝置(zhì)、通用變(biàn)頻器及(jí)普通三(san)相異步(bù)電動機(jī)。在主軸(zhou)調試時(shí)，首先應(yīng)正确完(wan)成變頻(pín)器與電(diàn)機及數(shu)控裝置(zhi)的硬🍉件(jian)接線;其(qí)次是完(wán)成主軸(zhou)控制PMC梯(tī)形圖程(chéng)序的設(shè)計及輸(shū)入。主軸(zhóu)的速度(dù)控制通(tong)過數控(kong)系統的(de)模拟量(liang)輸出電(diàn)壓實現(xian)，正反轉(zhuǎn)控制通(tōng)過PMC程序(xu)來實現(xian)。

1.1變頻調(diao)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(zhuang)調實訓(xùn)設備為(wéi)例來進(jin)行介紹(shao)💛。其主軸(zhou)采用通(tong)用變頻(pin)器調速(su)控制，選(xuǎn)用的變(bian)頻器型(xing)号為歐(ōu)姆龍G3JZ，其(qi)硬件接(jiē)線如圖(tú)1所示❗。變(biàn)頻器的(de) U、V、W 端子直(zhí)接接三(san)相異步(bù)電動機(ji)。L1、L2、L3 端 子 經(jīng) 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(zhōng)👈間繼電(dian)器 KA5、KA6 的🏃‍♂️ 常(chang)開觸點(diǎn)接 至 公(gong)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(jiē)至數控(kòng)系統的(de)JA40接口，接(jiē)收來📐自(zi)數控系(xi)📱統的模(mó)拟量信(xìn)号以控(kong)制主軸(zhóu)的轉✌️速(sù)，模拟量(liàng)一般為(wei)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(diào)速控制(zhì)梯形圖(tu)程序

數(shù)控機床(chuáng)主軸正(zhèng)、反轉是(shì)通過 PMC 梯(ti)形圖程(chéng)序進行(háng)控制🐇的(de)，根據☔主(zhǔ)軸控制(zhì)方式(如(ru)模拟量(liàng)控制和(hé)串行控(kòng)制方式(shì))的💘不同(tong)，其 PMC 梯形(xíng)圖程序(xù)也有所(suo)不同。圖(tu)2為配✂️備(bèi) FANUC-0imateMD 數控系(xi)統的亞(ya)龍559數控(kòng)銑床的(de)模拟☂️量(liàng)主軸控(kòng)制 PMC 梯形(xing)圖程序(xù)。為便于(yu)分析識(shí)讀✏️主軸(zhou)控制 PMC 梯(ti)形圖程(cheng)🐆序，現将(jiang)輸入、輸(shū)出進行(háng)說明，如(ru)表1所示(shi)。梯形圖(tú)程序中(zhong)，第一、二(èr)行表示(shì)通過數(shu)控機床(chuang)操作面(miàn)闆上的(de)正反轉(zhuan)按鍵控(kong)制機床(chuang)主軸進(jìn)行正反(fǎn)🚩轉;第三(san)、四行表(biǎo)示利用(yòng)加工編(bian)程程🌏序(xù)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(xuan)擇中的(de)“手動”、“手(shǒu)輪”工🔞作(zuò)方式。觀(guān)察 PMC 梯形(xíng)圖程🐆序(xu)可知，通(tong)過數控(kòng)機床🛀🏻操(cāo)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(kāi)關必須(xu)選擇“手(shǒu)動”或“手(shou)輪”工作(zuò)方式，使(shi) R0100.0 中間信(xìn)号為 1;RST信(xìn)号為🔞複(fu)位信‼️号(hào)，其地址(zhǐ)😘為 F1.1，通過(guò)數控系(xì)♋統操作(zuo)面闆上(shàng)的複位(wei)按鍵來(lái)實現系(xì)統複位(wèi)操作;M19為(wéi)主軸準(zhǔn)停信号(hào)，對于✨通(tōng)用變頻(pín)調速而(er)🐪 言，該信(xìn)号無實(shí)際意義(yì);串聯 于(yu) 程 序👌 中(zhōng) 的 X0002.4 與 X0002.7、M03 與(yu)M04常閉觸(chù)點構成(chéng)了正、反(fan)轉☎️互鎖(suo)保護信(xin)号，X0002.5與 M05常(cháng)閉觸點(dian)為停止(zhǐ)信号，當(dang)手動操(cao)作停止(zhǐ)或程🥰序(xù)指令中(zhōng)遇到 M05指(zhǐ)令時，PMC程(chéng)序無輸(shu)出信号(hào)，主軸停(tíng)止 轉動(dòng);R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信号為(wei)主軸正(zheng)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(chuang)主軸控(kòng)制

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

2.數控系(xì)統參數(shù)設置

主(zhǔ)軸調速(su)控制系(xi)統在硬(ying)件接線(xian)、PMC程序編(biān)輯完成(cheng)的情🙇🏻況(kuang)下，還需(xū)正确設(she)置數控(kòng)系統參(can)數與變(biàn)頻器參(can)數才能(néng)保證主(zhu)軸正确(que)運轉。數(shu)控系統(tǒng)參數設(shè)定時⛷️，一(yī)部分參(cān)數可以(yǐ)直接查(cha)閱系💜統(tong)參數手(shou)冊直接(jie)設定，但(dan)也有🈚個(ge)别參數(shu)需要進(jin)行計算(suan)後才🏒能(néng)設定。

2.1設(shè)置主軸(zhóu)控制系(xì)統參數(shù)

FANUC-0imateMD系統采(cǎi)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(liang)個參數(shu)需要計(jì)算後才(cái)能設定(dìng)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(suàn)

FS-0iD系統中(zhong)參數3731為(wei)模拟量(liàng)輸出時(shí)的漂移(yi)調整參(cān)數，其功(gōng)能是改(gǎi)變S0轉速(sù)所對應(yīng)的模拟(ni)量電壓(ya)輸出值(zhí)，參數設(shè)定範圍(wei)為 -1　024～1　024。在模(mó)拟量控(kòng)制時，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速為S0時(shí)，其對應(ying)的模拟(ni)量輸出(chū)電壓在(zài)理論上(shang)應為0V，但(dan)經萬用(yong)表檢查(cha)📐發現實(shi)際🈲輸出(chu)電壓通(tōng)常大于(yu)或小于(yu)0V，此時，則(zé)需設置(zhì)3731參數，使(shǐ)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(biao)2　主軸控(kòng)制系統(tǒng)參數設(she)置

FS-0iD系統中(zhōng)參數3730為(wei)模拟量(liang)輸出時(shi)的增益(yì)調整參(can)數，該參(cān)數⭕可改(gai)變較高(gāo)主軸轉(zhuǎn)速Smax所對(dui)應的模(mo)拟量輸(shu)出值，并(bìng)改變輸(shū)出電壓(ya)和轉速(su)的比例(lì)。參數3730以(yi) 百 分 率(lü) 的 形 式(shi) 設 定，設(she) 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(guo)實際值(zhi)大于或(huo)小于10V，可(ke)改變3730參(cān)數調㊙️整(zhěng)增益值(zhí)，使較高(gao)轉速Smax所(suǒ)🈲對應的(de)模拟♊量(liàng)🔴輸出盡(jin)量接近(jin)于10V。3730參數(shù)設定值(zhí)可按下(xià)式計算(suàn)：

本文數(shu)控機床(chuang)配置 FANUC-0imateMD 系(xì)統，主軸(zhóu)為通用(yong)變頻調(diao)速系統(tong)。為㊙️了優(you)化主軸(zhóu)性能，必(bi)須計算(suàn)和設定(ding)漂移、增(zēng)益🌂調整(zhěng)參數。表(biǎo)3為漂移(yí)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(ji)實測電(dian)壓值。由(you)表3可知(zhī)，當3730、3731參數(shu)設定值(zhi)均為0，主(zhu)軸轉速(sù)為S0時，變(bian)頻器輸(shu)出頻率(lü)值為0，利(li)用萬用(yòng)表實測(ce)輸出電(dian)壓為-0.048V。先(xiān)進行漂(piāo)移參數(shù)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(zhuǎn)速Smax對應(ying)的輸出(chu)電壓。以(yǐ)表3為例(li)，即較高(gao)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(yí)電壓，所(suǒ)以❌在計(jì)算增益(yi)🛀🏻調整參(can)數時，必(bì)須将漂(piao)移電🚩壓(yā)考慮進(jin)去再進(jìn)行增益(yì)參數計(jì)算，較終(zhōng)計算得(dé)增益參(can)數值3730=1011。

表(biao)3　設置增(zēng)益及漂(piāo)移參數(shu)

模拟量(liàng)輸出的(de)漂移特(te)性曲線(xian)如圖3所(suǒ)示，調整(zhěng)漂移參(cān)數🚶可改(gǎi)變轉速(sù)S0所對應(ying)的電壓(ya)輸出值(zhí)，使特性(xìng)曲✉️線上(shàng)下平移(yí)。本例中(zhōng)🐕漂移♍參(cān)數設定(dìng)為0時，實(shi)測S0轉速(su)對應電(dian)壓為-0.048V，特(te)性曲線(xiàn)為負向(xiàng)漂移曲(qǔ)線。經計(jì)算和🍉設(she)定漂移(yi)參數後(hou)，再💃🏻次實(shi)測漂移(yi)電壓為(wei)-0.002V，基本接(jiē)近🛀🏻于0V，特(te)性曲線(xiàn)⛱️基本接(jiē)近理🐪想(xiang)特性曲(qu)線。

模拟(ni)量輸出(chu)增益調(diào)整特性(xìng)曲線如(rú)圖4所示(shi)，調整增(zēng)益參數(shu)可改變(bian)較大轉(zhuan)速所對(dui)應的模(mo)拟量電(diàn)壓輸⛹🏻‍♀️出(chu)值，使特(tè)性曲線(xian)的斜率(lü)發生變(biàn)化。本例(lì)中增益(yi)參數設(shè)定為0時(shi)，實測較(jiao)大轉速(su)對應的(de)電壓為(wéi)9.93V，可見特(te)性曲線(xian)為增益(yì)過小。經(jing)計算、設(shè)定增益(yi)參🤞數後(hòu)，再次實(shi)測較大(dà)轉速對(dui)應電壓(ya)變為10V，增(zēng)益特性(xìng)變為理(lǐ)想特性(xing)曲線。

3.結(jie)語

本文(wén)詳細介(jiè)紹了數(shu)控機床(chuang)主軸通(tōng)用變頻(pin)調速方(fang)💛式的硬(yìng)件接線(xian)、PMC梯形圖(tú)程序設(shè)計及系(xi)統參數(shù)設定方(fang)法。在完(wan)成主軸(zhóu)控制功(gong)能的情(qíng)況下，為(wéi)了使主(zhǔ)軸系統(tong)性💋能達(dá)到✏️理想(xiǎng)狀态，利(li)用萬用(yong)表對主(zhu)軸不同(tong)速度輸(shu)出時對(dui)應的❗模(mo)拟量電(diàn)壓信号(hào)進行了(le)反複實(shí)測，并經(jīng)過漂移(yi)、增益調(diao)整參數(shù)的計算(suan)、設定及(ji)實際測(ce)量，使主(zhǔ)軸🈲速度(du)輸出特(tè)性✨達到(dào)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(tōng)俗易懂(dong)的變頻(pín)☁️主軸系(xì)統安裝(zhuāng)、調試及(jí)維修指(zhǐ)導方法(fa)。