西(xi)安數控機床主(zhu)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(liǎng)種方式，如經濟(jì)型數控機床主(zhǔ)軸控制通常🍉采(cǎi)用♉變頻調速控(kong)制;數控銑、加工(gong)中心主軸控制(zhi)通常采用交流(liú)主軸驅動器來(lái)實現✍️主軸串行(hang)控制。在生産⭐實(shí)踐中，各廠家在(zai)數👅控機床主軸(zhou)控制配置上采(cai)取的策略都是(shi)滿⛹🏻‍♀️足使用要求(qiú)情況下盡量🔞降(jiang)低配置。主軸采(cǎi)用通用變頻器(qì)調速時隻能進(jin)行簡單的速🐪度(du)控制，它是利用(yòng)數控系統輸出(chū)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(xu)為變頻器提供(gong)正反轉信号🌐，從(cóng)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(jiao)流主軸驅動器(qì)來實現主軸控(kòng)制的方式，如 FANUC-0iC/D 系(xì) 統 一 般 配 置 專(zhuān) 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(jiào)好地實現速度(dù)控制，而且可通(tong)過 CNC實現主軸定(dìng)向準停、定位和(he) Cs軸等位置控制(zhi)功能。對比這兩(liǎng)種主軸控制方(fāng)式📧可見，串行主(zhu)軸控制方式⛱️較(jiào)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(zhóu)驅動🛀器及配套(tào)的專用電機成(cheng)本較高，因此造(zao)成了🐕數控機床(chuang)整機成本也相(xiàng)對較高。生産實(shí)際中，很多經🈲濟(ji)型數🧑🏽‍🤝‍🧑🏻控🔴機床主(zhǔ)軸都采用通用(yong)變頻器調速🥵或(huò)專用變頻器調(diao)速方式，以降低(dī)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(diào)試方法。

1.數控機(jī)床主軸通用變(bian)頻調速控制

數(shù)控機床主軸采(cai)用通用變頻調(diào)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(ji)普通三相異步(bù)電動機。在主軸(zhóu)調試時，首先應(ying)正确完成變📞頻(pin)器與電機及數(shu)控裝置的硬件(jiàn)接線;其次是完(wan)成主軸控制PMC梯(ti)形圖程序的設(shè)計及輸入。主軸(zhou)的速度控制通(tōng)過數控系統的(de)模拟量輸出電(diàn)壓實現，正反🧑🏽‍🤝‍🧑🏻轉(zhuǎn)控制通過PMC程序(xù)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(long)559數控裝調實訓(xun)設備為例來進(jin)行♋介紹。其主軸(zhou)采用通用變頻(pín)器調速控制，選(xuǎn)🔴用的變頻器型(xíng)号為歐姆⁉️龍G3JZ，其(qi)硬件接線如圖(tú)1所示。變頻器的(de) U、V、W 端子直接接🈲三(sān)相異步電動機(ji)。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(duān)子分别通過中(zhong)間繼電器 KA5、KA6 的 常(cháng)開觸點接 至 公(gōng)共端子SC，KA5、KA6常開觸(chu)點不能同時閉(bì)合，它們分别控(kong)制電🏃🏻‍♂️機正、反轉(zhuǎn)。A1、AC 端子接至數控(kong)系統的JA40接口，接(jie)收來自數控系(xì)統的模拟量信(xìn)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(jiàn)接線圖

1.2變頻調(diào)速控制梯形圖(tu)程序

數控機床(chuang)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(zhì)方式(如模拟量(liang)控制和串行控(kong)制方式)的不同(tong)✨，其 PMC 梯形圖程序(xu)也有所不同。圖(tu)2為配備 FANUC-0imateMD 數控‼️系(xi)統的亞龍559數💘控(kong)銑床的模拟量(liàng)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(cheng)🐉序，現将輸入🏃‍♂️、輸(shū)出進行說明，如(ru)表1所示🌈。梯形圖(tu)程序中，第一、二(er)行表示通過數(shu)控機床操作面(miàn)闆上的正反轉(zhuan)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(bian)程程🔴序指令控(kòng)制數控機床主(zhu)軸進行正反轉(zhuan);R0100.0中間信号表示(shi)數控機床工作(zuò)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(cao)作面闆上的正(zheng)反轉按鍵進行(hang)主軸控制時，工(gong)作方式選擇開(kāi)關必須☂️選擇“手(shǒu)動”或“手輪”工作(zuò)方式🥵，使 R0100.0 中間信(xin)号為 1;RST信号為複(fú)位信号，其地址(zhǐ)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(shi)際意義;串聯 于(yu) 程 序 中 的 X0002.4 與 X0002.7、M03 與(yu)🏃M04常閉觸點構成(chéng)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(xù)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(diǎn)接至🔴實際的輸(shū)出 Y0005.5、Y0005.6，即可實現電(dian)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(biǎo)1。

2.數控系統參數(shù)設置

主軸調速(sù)控制系統在硬(ying)件接線、PMC程序編(bian)輯完成的❌情🏃況(kuang)下❄️，還需正确設(she)置數控系統參(can)數與變頻器參(cān)💔數才能保證主(zhu)軸正确運轉。數(shu)控系統參數設(shè)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(dan)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(xì)統參數

FANUC-0imateMD系統采(cai)用模拟量主軸(zhou)控制方式時，除(chú)了增益調整參(can)數🌍3730、漂移調整3731兩(liǎng)個參數需要計(ji)算後才能設定(ding)外，其餘參數設(she)定🔅如表‼️2所示。

2.2　增(zeng)益及漂移參數(shu)的計算

FS-0iD系統中(zhong)參數3731為模拟量(liang)輸出時的漂移(yí)調整參數，其功(gōng)能是改變S0轉速(su)所對應的模拟(nǐ)量電壓輸出值(zhi)，參💃🏻數設定範圍(wéi)為 -1　024～1　024。在模拟量控(kong)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(shang)🥰應為0V，但經萬用(yong)表檢查發現實(shi)際輸出電壓✌️通(tong)常大于或小于(yu)0V，此時，則需設置(zhi)3731參數，使輸出電(dian)壓盡量接近于(yú)0V。

3731參數設定值可(kě)按下式計算：

表(biǎo)2　主軸控制系統(tong)參數設置

FS-0iD系統中參數3730為(wei)模拟量輸出時(shi)的增益調整參(cān)數，該參♻️數可改(gǎi)變較高主軸轉(zhuǎn)速Smax所對應的模(mo)拟量輸出值，并(bing)改變輸出電壓(ya)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(ni)量輸出為10V。如果(guo)實際值大💚于或(huò)小于10V，可👣改變3730參(cān)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(jin)于10V。3730參數設定值(zhí)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(you)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(yi)和增益參數設(she)定前、後主軸在(zai)🥰不同轉速時所(suǒ)對應的頻率及(ji)⁉️實測電壓值。由(yóu)表3可知，當3730、3731參數(shù)設定值均為0，主(zhǔ)軸轉速為S0時，變(biàn)頻器輸出頻率(lǜ)值為0，利用萬用(yòng)表實測輸出電(dian)壓為-0.048V。先進行漂(piāo)👣移參數計算，可(kě)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(chu)電壓。以表3為例(lì)，即較高轉速為(wei)1　400r/min時實測的模拟(ni)📱量輸出電壓為(wéi)9.93V，包含了-0.048V 的漂移(yi)電壓，所以在計(ji)算增益調整參(cān)👨‍❤️‍👨數時，必須将漂(piao)移電🔴壓考慮進(jin)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(zēng)益及漂移參數(shù)

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(gai)🔴變轉速S0所對應(ying)的電壓輸出值(zhi)，使特性曲線上(shàng)下平移。本🔴例中(zhong)漂移參數設定(ding)為0時，實測S0轉速(su)對應電壓為-0.048V，特(te)性曲線為負向(xiàng)漂移曲線。經計(ji)算和🔴設定漂移(yí)參數後，再次實(shí)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(chū)增益調整特性(xing)曲線如圖4所示(shì)，調整增益參數(shù)可改變較大轉(zhuǎn)速所對應的模(mo)拟量電壓輸出(chu)值，使特性曲線(xian)的斜率💋發生變(bian)化。本例中增益(yi)參數設定為0時(shí)，實測較大轉速(sù)對應的電壓為(wéi)9.93V，可見特🧑🏾‍🤝‍🧑🏼性曲線(xian)為增益過小。經(jing)計算、設定增益(yi)參數後，再次實(shi)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(jie)語

本文詳細介(jie)紹了數控機床(chuang)主軸通用變頻(pin)調速方式✨的硬(yìng)🔱件接線、PMC梯形圖(tú)程序設計及系(xì)統參數設定方(fang)法。在完成主軸(zhóu)控制功能的情(qíng)況下，為了使主(zhǔ)軸系統性📞能達(dá)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(hao)進行了反複☔實(shí)測，并經過漂移(yí)、增益調整參數(shù)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(kong)機床維修維護(hù)人員提供了通(tōng)俗易懂的變頻(pín)主軸系統安裝(zhuāng)、調💚試及維修指(zhi)導方法。