西安數(shù)控機床主軸控(kòng)制系統根據機(ji)床性能一般有(you)變頻控制與串(chuàn)行控制兩種方(fang)式，如經濟型數(shu)控機床主軸控(kong)制通常💋采用變(bian)頻調速控制👅;數(shu)控銑、加工中心(xin)主軸控制通常(chang)👈采用交流主軸(zhóu)驅動器來實現(xiàn)主軸串行控制(zhi)。在生産實踐中(zhōng)，各廠家在數控(kòng)機床主軸控制(zhi)配💛置上采取的(de)☁️策略都是滿足(zu)使用要求情況(kuang)下盡量🐇降低配(pei)置。主軸采用通(tōng)用變頻器調速(su)時隻能💰進行簡(jian)單的速度控制(zhi)，它是利💔用數控(kòng)系統輸出模拟(nǐ)量電壓作為變(biàn)頻器速👄度控制(zhì)信号，通過數控(kòng)系統 PMC 程序為變(biàn)頻器提供正反(fan)轉信号，從而控(kòng)制電機實現正(zhèng)反轉。串行主軸(zhou)控制指☔的是在(zai)主軸控♈制系統(tǒng)中💋采用交流主(zhu)軸驅動器來實(shi)現主軸控制的(de)方式，如 FANUC-0iC/D 系 統 一(yī) 般 配 置 專 用 的(de)FANUC交流伺服驅動(dòng)器及伺服電📐機(ji)實現主軸串行(hang)控制。串行主軸(zhóu)不僅能⁉️較好地(di)實現速度控制(zhì)，而且可通過 CNC實(shi)現主軸定向準(zhun)停、定位和 Cs軸等(deng)位置控制功能(neng)。對比這兩種主(zhǔ)軸控制方式可(kě)見，串行主🔴軸控(kòng)制方式較通用(yong)變頻器主軸控(kòng)制方式 功能強(qiáng)大、配置高。由于(yú)交流主軸驅動(dòng)器及配♋套的專(zhuan)用電機成本✨較(jiao)高，因此造成了(le)數控機㊙️床整💔機(ji)成本也相對較(jiao)高。生産實際中(zhōng)，很多經濟型數(shù)控🏃‍♂️機床主軸都(dōu)采用通👨‍❤️‍👨用變頻(pin)器調速或專用(yòng)變🏒頻器調速方(fang)式，以降低成本(běn)。本文主要介紹(shao)主軸采用通用(yong)變頻器調速方(fāng)式時的調試方(fāng)法。

1.數控機床主(zhu)軸通用變頻調(diao)速控制

數控機(ji)床主軸采用通(tōng)用變頻調速控(kòng)制方式時，典型(xing)的硬件配置為(wéi)數控裝置、通用(yòng)變頻器及普通(tōng)三相異步電動(dòng)機🔞。在主軸調試(shì)時，首先應正确(que)完成變頻器與(yǔ)電機及數控裝(zhuang)置的硬件接線(xiàn);其次是完成主(zhu)軸控制PMC梯形圖(tú)程序的設計及(jí)輸入。主軸的速(sù)度控制通過數(shù)控系統的模拟(nǐ)量輸出電🌈壓實(shi)現，正反轉控制(zhì)通過PMC程序來實(shí)現。

1.1變頻調速控(kòng)制硬件接線圖(tú)

本文以配備 FANUC-0imateMD 系(xi)統的亞龍559數控(kòng)裝調實訓設備(bèi)為例來進行介(jie)紹☀️。其主軸采用(yòng)通用變頻器調(diào)速控制，選用的(de)變頻器型号為(wéi)歐姆龍G3JZ，其硬件(jiàn)接線如圖1所示(shi)。變頻器的 U、V、W 端子(zi)直接接三相異(yì)步電動機。L1、L2、L3 端 子(zi) 經 交 流 接 觸 器(qi)🍉KM、低壓斷路❗器 QF4接(jie)入電源。S1、S2端子分(fen)🛀别通過中間繼(jì)電器 KA5、KA6 的 常開觸(chù)點接 至 公共端(duan)子SC，KA5、KA6常開觸點不(bú)能同時閉合，它(ta)們分别控制電(diàn)機正、反轉。A1、AC 端子(zi)接至數控系統(tong)的JA40接口💋，接收來(lái)自數控系✔️統的(de)模拟量信号以(yǐ)控制主軸的轉(zhuǎn)🏃‍♀️速，模拟量一般(bān)為0V～10V 的😄電壓信号(hao)。

圖1　變(biàn)頻器硬件接線(xian)圖

1.2變頻調速控(kòng)制梯形圖程序(xù)

數控機床主軸(zhóu)正、反轉是通過(guò) PMC 梯形圖程序進(jin)行控制♌的，根據(jù)🔴主⛱️軸控制方式(shi)(如模拟量控制(zhì)和串行控制方(fāng)式)的不同，其 PMC 梯(ti)形圖程序也有(yǒu)所不同。圖2為配(pèi)備 FANUC-0imateMD 數控系統的(de)亞龍559數🌈控銑床(chuáng)的模拟量主軸(zhou)控制🆚 PMC 梯形圖程(chéng)❗序。為便于分析(xī)識讀主軸控制(zhì) PMC 梯形圖程💛序，現(xian)将輸入、輸出進(jin)行說明，如表1所(suǒ)示。梯形圖程序(xu)中，第一、二行表(biao)示通過數控機(jī)床操作面闆上(shang)的正反轉按鍵(jiàn)控制機✍️床主軸(zhou)進行正反轉;第(di)三、四行表示利(li)用加工編程程(cheng)👉序指令控制數(shù)控機床主軸進(jin)行正反轉;R0100.0中間(jian)信号表示數控(kong)機床工作方式(shì)選擇🙇‍♀️中的“手動(dòng)”、“手輪”工作方式(shì)。觀察 PMC 梯形圖程(chéng)序可知，通㊙️過數(shù)控機床操作面(miàn)闆上的正反轉(zhuǎn)按鍵進行主軸(zhóu)控制時，工作方(fang)式選擇開關必(bi)須選擇“手動”或(huo)“手輪”工作方式(shi)，使 R0100.0 中間信号為(wei) 1;RST信号為㊙️複位信(xìn)号，其地址☀️為 F1.1，通(tōng)過數控系統操(cao)作面闆上的複(fú)位按鍵來實🈲現(xian)💁系統複位操作(zuo);M19為主軸準停信(xìn)号，對于通用變(bian)頻調速而📞 言，該(gai)信号無實際意(yi)🐇義;串聯 于 程 序(xu) 中 的 X0002.4 與 X0002.7、M03 與M04常閉(bi)觸點構成了正(zheng)、反轉互鎖✊保護(hu)信号，X0002.5與 M05常閉觸(chu)點為停止信号(hao)，當手動操作停(ting)止或程序指令(ling)中遇到 M05指令時(shí)，PMC程序無輸出信(xin)号🈲，主軸停止 轉(zhuǎn)動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信号為主軸(zhou)正反轉的中間(jian)輸出信号，将其(qí)常開觸點接至(zhi)❓實際的輸出 Y0005.5、Y0005.6，即(ji)可實現電路中(zhong)線圈的實際控(kong)制。

圖(tu)2　數控銑床主軸(zhóu)控制

PMC梯形圖表(biao)1　輸入、輸出信号(hao)及含義表1。

2.數控(kòng)系統參數設置(zhì)

主軸調速控制(zhi)系統在硬件接(jie)線、PMC程序編輯完(wan)成的情況下，還(hái)需正确設置數(shù)控系統參數與(yǔ)變頻器參數才(cái)能保證主🐪軸正(zheng)确運轉。數控系(xi)統參數設定時(shí)，一部分參數可(kě)以直接查閱系(xì)統參數手冊直(zhi)接設定，但也有(yǒu)個别參數需要(yao)進行計算後才(cái)能設定。

2.1設置主(zhǔ)軸控制系統參(cān)數

FANUC-0imateMD系統采用模(mó)拟量主軸控制(zhi)方式時，除了增(zeng)益調整參數3730、漂(piao)移調整3731兩個參(can)數需要計算後(hòu)才能設定外，其(qi)餘🌂參數設定如(rú)表🔞2所示。

2.2　增益及(jí)漂移參數的計(ji)算

FS-0iD系統中參數(shu)3731為模拟量輸出(chu)時的漂移調整(zheng)參數，其功❄️能是(shì)改變S0轉速所對(duì)應的模拟量電(diàn)壓輸出值，參數(shu)設定範圍為 -1　024～1　024。在(zai)模🧑🏽‍🤝‍🧑🏻拟量控制時(shi)，當主軸轉速為(wei)S0時，其對應的模(mo)拟量輸出♋電壓(yā)在🔞理論上應為(wei)0V，但經萬用表檢(jian)查發現實際輸(shū)出電壓通常大(dà)于或小于0V，此🌂時(shí)，則需設置3731參數(shù)，使輸出電壓盡(jin)量接近于0V。

3731參數(shu)設定值可按下(xia)式計算：

表2　主軸(zhou)控制系統參數(shù)設置

FS-0iD系統(tǒng)中參數3730為模拟(nǐ)量輸出時的增(zeng)益調整參數，該(gāi)參✂️數可改🈚變較(jiao)高主軸轉速Smax所(suo)對應的模拟量(liang)輸出值，并改變(bian)輸出🧑🏾‍🤝‍🧑🏼電壓🌈和轉(zhuǎn)速的比例。參數(shu)3730以 百 分 率 的 形(xing) 式 設 定，設 定 值(zhi) 範🎯 圍 為 700～1　250，單♌位為(wéi)0.1%。當設定值為1　000時(shí)，較高轉速Smax所對(duì)應的模拟量輸(shū)出為10V。如果實際(jì)值大于或小于(yu)10V，可🧑🏾‍🤝‍🧑🏼改變3730參數調(diào)整增益值，使較(jiào)高轉速Smax所🈲對應(ying)的模拟量輸出(chū)盡量接近于10V。3730參(can)數設定值🈲可按(an)下式計算：

本文(wén)數控機床配置(zhì) FANUC-0imateMD 系統，主軸為通(tōng)用變頻調速系(xì)⛷️統。為🚶‍♀️了優化主(zhu)軸性能，必須計(ji)算和設定漂移(yí)、增益調整參數(shù)。表3為漂移和增(zeng)☔益參數設定前(qián)、後主軸在不同(tóng)轉速時所對應(yīng)的頻率及🤟實測(ce)電壓值。由表3可(ke)知，當3730、3731參數設定(dìng)值均為0，主軸轉(zhuan)速為S0時，變🛀🏻頻器(qi)輸出頻率值為(wei)0，利用萬用表實(shi)🙇‍♀️測輸出電壓為(wéi)-0.048V。先進行漂移參(cān)數計算🐇，可得漂(piāo)移參數值✂️3731=26，因為(wéi)漂移将同時影(ying)響較高轉速Smax對(dui)應的輸出電壓(ya)。以表3為例，即較(jiào)高轉速為1　400r/min時實(shi)測的模拟量輸(shu)出電壓為9.93V，包🛀含(hán)了-0.048V 的漂移🔱電壓(yā)，所以在計算增(zēng)益調整參數時(shí)，必須将漂移電(dian)☔壓考慮進去再(zai)進行增益參數(shu)計算，較終計算(suàn)得增益參數值(zhí)3730=1011。

表3　設置增益及(jí)漂移參數

模拟(nǐ)量輸出的漂移(yí)特性曲線如圖(tú)3所示，調整漂移(yi)參☂️數可改變轉(zhuan)速S0所對應的電(dian)壓輸出值，使特(tè)性曲線上下平(píng)移。本🈲例中👈漂移(yí)♌參數設定為0時(shi)，實測S0轉速對應(ying)電壓為-0.048V，特性曲(qu)線⛱️為負向漂移(yí)曲🔱線。經計算和(hé)設定漂移參數(shu)後，再次實測漂(piāo)移電壓為🔞-0.002V，基本(běn)接近🛀🏻于0V，特性曲(qǔ)線基本接近理(lǐ)📱想特性曲線。

模(mó)拟量輸出增益(yì)調整特性曲線(xiàn)如圖4所示，調整(zheng)增益參數可改(gai)🐆變較大轉速所(suo)對應的模拟量(liàng)電壓輸出值，使(shi)特性曲線的斜(xie)率發生變化。本(běn)例中增益參數(shù)設定為0時，實測(ce)較大轉速對應(yīng)的電壓為9.93V，可見(jian)特性曲線為增(zeng)益過小。經計算(suan)、設定增益參數(shù)後，再次實測較(jiao)大轉速對應電(diàn)壓⛹🏻‍♀️變為10V，增益特(te)性變為理想🏃‍♂️特(tè)性曲線。

3.結語

本(ben)文詳細介紹了(le)數控機床主軸(zhóu)通用變頻調速(su)方式的硬✂️件接(jiē)🐆線、PMC梯形圖程序(xù)設計及系統參(can)數設定方法。在(zai)完成主軸控❓制(zhì)功能的情況下(xia)，為了使主軸系(xì)統性🧑🏽‍🤝‍🧑🏻能達到🐉理(li)想狀态，利用萬(wan)用表對主軸不(bú)同💚速度輸出時(shí)對應的模拟量(liàng)電壓信号進行(háng)了反複🔅實測，并(bìng)經過📞漂移、增益(yi)調整參數的計(ji)算、設定及實際(jì)測量，使主軸速(su)度輸出特性💰達(da)到理想狀态。為(wéi)廣大數控機床(chuang)維修維護人員(yuán)提供了通俗易(yi)懂的變頻主軸(zhóu)系統安裝、調⛷️試(shi)及維修指導方(fāng)🈲法。