西(xī)安數控機床主(zhǔ)軸控制系統根(gēn)據機床性能一(yī)般有變頻控制(zhi)與💃🏻串💜行控🏃‍♀️制🧑🏾‍🤝‍🧑🏼兩(liang)種方式，如經濟(jì)型數控機床主(zhu)軸控制通常采(cai)用變頻調速🏃🏻控(kòng)制;數控銑、加工(gōng)中心主軸控制(zhì)通常采用交流(liú)主軸驅動器來(lai)實現㊙️主軸串行(hang)控制。在生産實(shi)踐中，各廠家在(zài)數💚控機床主軸(zhóu)控制配置上采(cai)取的策略都是(shì)滿足使用要求(qiú)情況下盡量降(jiàng)低配置。主軸🤟采(cai)用通用變頻☀️器(qi)調速時隻能㊙️進(jin)行簡單的速度(du)控制，它是利用(yong)數控系👉統輸出(chu)模拟量電壓作(zuo)為變頻器速度(dù)控制信号，通過(guò)數控系統 PMC 程序(xù)為變頻器提供(gòng)正反🈲轉信号，從(cong)而控制電機實(shi)現正反轉。串行(hang)主軸控制指的(de)是在主軸控制(zhì)系統中🔞采用交(jiāo)流主軸驅動器(qì)來實現主軸控(kòng)制的方式，如 FANUC-0iC/D 系(xi) 統 一 般 配 置 專(zhuan) 用 的FANUC交📧流伺服(fu)驅動器及伺服(fu)電機實現主軸(zhóu)串行控制。串行(háng)主軸不僅能較(jiao)好地實現速度(du)控制，而且可通(tōng)過 CNC實現主軸定(ding)向準停、定位和(hé) Cs軸等位置控制(zhì)功🆚能。對比這兩(liang)種主軸控制方(fāng)式可見👅，串行主(zhu)🧡軸控制方式較(jiao)通用變頻器主(zhǔ)軸控制方式 功(gong)能強💔大、配置高(gao)。由👈于交流主軸(zhou)驅動器及配套(tao)的專用電機成(cheng)本較高，因此造(zào)成了數控機床(chuáng)整機成本也相(xiang)對較高。生産實(shi)💃際中，很多經濟(ji)型數控♻️機床主(zhu)軸都采用通用(yong)變頻器調速㊙️或(huo)專用變頻器調(diao)速方式，以降低(di)成本。本文主要(yao)介紹主軸采用(yong)通用變頻器調(diao)速方式時的調(diao)試方法。

1.數控機(ji)床主軸通用變(bian)頻調速控制

數(shu)控機床主軸采(cai)用通用變頻調(diao)速控制方式時(shí)，典🏒型的硬件配(pèi)⭕置為數控裝置(zhì)、通用變頻器及(jí)普通三相異步(bu)電動機。在主👨‍❤️‍👨軸(zhou)調🏃試時，首先應(ying)正确完成變頻(pin)器與電機及數(shù)控裝置的硬件(jiàn)接線;其次是完(wan)成主軸控制PMC梯(tī)形圖程💋序的設(she)計及輸入。主👈軸(zhou)的速度控制通(tong)過數控系統的(de)模拟量輸出電(dian)壓實現，正反轉(zhuan)控制通過PMC程序(xu)來實現。

1.1變頻調(diao)速控制硬件接(jiē)線圖

本文以配(pèi)備 FANUC-0imateMD 系統的亞龍(lóng)559數控裝調實訓(xun)設備為例來進(jìn)行介紹😄。其主軸(zhou)采用通用變頻(pin)器調速控制，選(xuǎn)用的👣變頻器型(xing)号為歐姆龍G3JZ，其(qí)硬件接線如圖(tú)1所示。變頻器的(de) U、V、W 端子直接接三(san)相異步電動機(jī)。L1、L2、L3 端 子 經 交 流 接(jie) 觸 器KM、低壓斷路(lu)🌏器 QF4接入電源。S1、S2端(duan)子分别通過中(zhong)間繼電器 KA5、KA6 的🔴 常(chang)開觸點接 至 公(gong)共端子🛀SC，KA5、KA6常開觸(chu)點不能同時閉(bi)合，它們分别控(kòng)制電機正、反轉(zhuǎn)。A1、AC 端子接至數控(kòng)系統的JA40接口，接(jie)收來自數控系(xi)統的模拟量信(xin)号以控制主軸(zhóu)的轉🆚速，模拟量(liàng)一般為🏒0V～10V 的電壓(ya)信号。

圖1　變頻器硬件(jian)接線圖

1.2變頻調(diào)速控制梯形圖(tu)程序

數控機床(chuáng)主軸正、反轉是(shì)通過 PMC 梯形圖程(chéng)序進行控制的(de)⭐，根據主軸控制(zhi)方式(如模拟量(liàng)控制和串行控(kong)制方式)的不同(tóng)，其 PMC 梯形圖🔴程序(xu)也有所不同。圖(tu)2為配備 FANUC-0imateMD 數控系(xì)統的亞龍559數控(kòng)銑床的模拟♈量(liang)主軸控制 PMC 梯形(xing)圖程序。為便于(yú)分析識讀主軸(zhou)控制 PMC 梯形圖程(chéng)👨‍❤️‍👨序，現将輸入📱、輸(shu)出進行說明，如(rú)表1所示。梯形圖(tu)程序中，第一、二(èr)行表示通過數(shù)控機床操作面(miàn)闆上的正👄反轉(zhuǎn)按鍵控制機床(chuang)主軸進行正反(fan)轉;第三、四行表(biǎo)示利用加工編(biān)程程🐕序指令控(kong)制數控機床主(zhu)軸進行正反轉(zhuan)♈;R0100.0中間信号表示(shì)數控☎️機床工作(zuo)方式選擇🔞中的(de)“手動”、“手輪”工作(zuo)方式。觀察 PMC 梯形(xing)圖程序可知，通(tōng)過數控機床操(cāo)作面闆上的正(zheng)反轉按鍵進行(hang)主軸控制時，工(gōng)作方式選擇開(kāi)關必須🆚選擇“手(shǒu)動”或“手輪”工作(zuo)方式，使 R0100.0 中間信(xin)号為 1;RST信号為複(fú)位信号，其地址(zhi)為 F1.1，通過數控系(xi)統操作面闆上(shang)的複位按鍵來(lai)實現❤️系統複位(wei)操作;M19為主軸準(zhǔn)停信号，對于通(tōng)用變頻調速而(er) 言，該信号無實(shí)際意義;串聯 于(yú) 程 序 中 的 X0002.4 與 X0002.7、M03 與(yu)M04常閉觸點構成(cheng)了正、反轉互鎖(suo)保護信号，X0002.5與 M05常(cháng)閉觸㊙️點為停止(zhi)信号，當手🌈動操(cāo)作停止或🍉程序(xu)指令中遇到 M05指(zhi)令時，PMC程序無輸(shu)出信号，主軸停(tíng)止 轉動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信号✔️為(wéi)主軸正反轉的(de)中間👉輸出信号(hào)，将其常開觸點(dian)接至🤟實際的輸(shū)出 Y0005.5、Y0005.6，即可實現電(diàn)路中線圈的實(shi)際🔞控制。

圖2　數控銑床(chuáng)主軸控制

PMC梯形(xing)圖表1　輸入、輸出(chū)信号及含義表(biao)1。

2.數控系統參數(shu)設置

主軸調速(sù)控制系統在硬(yìng)件接線、PMC程序編(biān)輯完成的情況(kuang)下，還需正确設(shè)置數控系統參(can)數與變頻器參(cān)🌈數才能保證主(zhǔ)軸正🏃‍♀️确運轉。數(shù)控系統參數設(she)定時，一部分參(can)數可以直接😍查(cha)閱系統參數手(shǒu)冊直接設定，但(dàn)也有個别參數(shù)需要進行♈計算(suàn)後才能設定。

2.1設(shè)置主軸控制系(xi)統參數

FANUC-0imateMD系統采(cai)用模拟量主軸(zhóu)控制方式時，除(chu)了增益調整參(cān)數📞3730、漂🧑🏽‍🤝‍🧑🏻移調整3731兩(liang)個參數需要計(ji)算後才能設定(dìng)外，其餘參數設(she)定如表✨2所示。

2.2　增(zēng)益及漂移參數(shu)的計算

FS-0iD系統中(zhong)參數3731為模拟量(liàng)輸出時的漂移(yi)調整參數，其功(gōng)能是改變S0轉速(sù)所對應的模拟(nǐ)量電壓輸出值(zhí)，參數設定範圍(wéi)為🏃‍♂️ -1　024～1　024。在模拟量控(kòng)制時，當主軸轉(zhuan)速為S0時🙇‍♀️，其對應(ying)👈的模拟量輸出(chū)電壓在理論上(shàng)應為0V，但經萬用(yong)表檢查發現實(shí)際✊輸出電壓通(tong)常大于或小于(yú)0V，此♊時，則需設置(zhì)3731參數，使輸出電(diàn)壓盡量接近于(yu)0V。

3731參數設定值可(ke)按下式計算：

表(biao)2　主軸控制系統(tong)參數設置

FS-0iD系統中參數3730為(wéi)模拟量輸出時(shi)的增益調整參(can)數，該參數可改(gǎi)變較高主軸轉(zhuan)速Smax所對應的模(mó)拟量輸出🚶‍♀️值，并(bìng)改變輸出電壓(yā)🙇‍♀️和轉速的比例(lì)。參數3730以 百 分 率(lǜ) 的 形 式🧑🏾‍🤝‍🧑🏼 設 定，設(she) 定 值 範 圍 為 700～1　250，單(dan)位為0.1%。當📧設定值(zhi)為1　000時，較高轉速(su)Smax所對應的模拟(nǐ)量輸出為10V。如果(guo)實際值大于或(huò)小于10V，可改變3730參(can)數調整增益值(zhí)，使較高轉速Smax所(suo)🔞對應的模拟👨‍❤️‍👨量(liàng)輸出盡量接近(jìn)于10V。3730參數設定值(zhi)㊙️可按下式計算(suan)：

本文數控機床(chuang)配置 FANUC-0imateMD 系統，主軸(zhóu)為通用變頻調(diao)速系統。為了👄優(yōu)化⛱️主軸性能，必(bi)須計算和設定(ding)漂移、增益調整(zhěng)參數。表3為漂移(yí)㊙️和增益參數設(shè)定前、後主軸在(zài)不同轉速時所(suo)對應的🤟頻率及(jí)🐇實測電壓值。由(you)表3可知，當3730、3731參數(shu)設定值均🚩為0，主(zhu)軸轉速為S0時，變(biàn)頻器輸出頻率(lü)值為0，利用萬用(yong)表實🤩測輸出電(dian)壓📱為-0.048V。先進行漂(piao)🈲移參數計算，可(ke)得漂移參數值(zhí)3731=26，因為漂移将同(tong)時影響較高轉(zhuan)速Smax對應的輸出(chū)電壓。以表3為例(lì)，即較高轉速為(wéi)1　400r/min時實測的模拟(nǐ)量輸出電壓為(wéi)9.93V，包含了-0.048V 的漂移(yi)電壓，所以在計(jì)算增益調整參(cān)數時，必須将漂(piāo)移電壓考慮進(jìn)去再進行增益(yi)⛹🏻‍♀️參數計算，較終(zhōng)✨計算得增🔞益參(cān)數值3730=1011。

表3　設置增(zeng)益及漂移參數(shu)

模拟量輸出的(de)漂移特性曲線(xiàn)如圖3所示，調整(zheng)漂移參數可改(gǎi)👄變轉速S0所對應(yīng)的電壓輸出值(zhí)，使特性曲線上(shàng)🐕下平移。本例中(zhong)漂移參數設定(dìng)為0時，實測S0轉速(sù)對應電壓為-0.048V，特(te)性曲線為負向(xiang)漂移曲⭕線。經計(jì)算和設定漂移(yi)參數後，再次實(shi)測漂移電壓為(wéi)-0.002V，基本接近于0V，特(tè)性曲線基本接(jie)近理想特性曲(qu)線。

模拟量輸出(chu)增益調整特性(xìng)曲線如圖4所示(shi)，調整增益參數(shù)可改變較大轉(zhuan)速所對應的模(mó)拟量電壓輸出(chu)值，使特⭐性曲線(xiàn)的斜率發生變(biàn)化。本例中增益(yì)參數設定為0時(shí)，實測較大轉速(su)對應的電壓為(wei)9.93V，可見特性曲線(xian)為增益過小。經(jing)計算、設🏃定增益(yì)參數後，再次🌈實(shí)測較大轉速對(dui)應電壓📞變為10V，增(zēng)益特性變為理(lǐ)想特性曲線。

3.結(jié)語

本文詳細介(jiè)紹了數控機床(chuáng)主軸通用變頻(pin)調速方式的硬(ying)件接線、PMC梯形圖(tu)程序設計及系(xi)統參數設定‼️方(fang)法。在完成主軸(zhou)控制功能的情(qíng)況下，為了使主(zhǔ)軸系統性能達(da)到理想狀态，利(li)用🏃萬用表對主(zhu)軸不同速度輸(shū)出時對應的模(mo)拟量電壓信号(hào)進行了反複實(shí)測，并經過漂移(yí)、增益調整參數(shu)的計算、設定及(jí)實🏃‍♀️際測量，使主(zhǔ)軸速度輸出特(te)性達到理想狀(zhuang)态。為廣大數控(kòng)機床維修🌈維護(hù)人員提供了通(tong)俗易懂的變頻(pin)🚩主軸系統安裝(zhuāng)、調試及維修指(zhǐ)導方🏃🏻‍♂️法。