西(xī)安數控機床主(zhu)軸控制系統根(gen)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(ji)型數控機床主(zhu)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(lai)實現主軸串行(háng)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(cǎi)取的策略都是(shi)滿足使用要求(qiú)♋情況下盡量降(jiàng)低配置。主軸采(cǎi)用通用變頻器(qi)調速時隻能🤩進(jìn)行💋簡單的速度(dù)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(shí)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(fú)電機實現主軸(zhóu)串行控制。串行(hang)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(dìng)向準停、定位和(hé) Cs軸等位置控制(zhi)功能。對比這兩(liǎng)種主軸控制方(fang)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(gāo)。由于交流主軸(zhou)驅動器及配套(tào)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(shí)際中，很多經🔞濟(jì)型數控機床主(zhu)軸都采用通用(yòng)變頻器調速或(huo)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(pei)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(zhóu)調試時，首先應(yīng)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(wán)成主軸控制🐆PMC梯(tī)形圖程♌序的設(shè)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(diàn)壓實現，正反轉(zhuan)控制通過PMC程序(xù)來實現。

1.1變頻調(diao)速控制硬件接(jie)線圖

本文以配(pèi)備 FANUC-0imateMD 系統的亞龍(long)559數控裝調實訓(xùn)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(xuan)用的😍變頻器型(xíng)🏃🏻‍♂️号為🐇歐姆龍G3JZ，其(qí)硬件接線如圖(tu)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(lù)🥰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(chù)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(kong)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(zhou)的轉速，模拟量(liang)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(tú)程序

數控機床(chuáng)主軸正、反轉是(shì)通過 PMC 梯形圖程(cheng)序進行控制的(de)，根✏️據主🌍軸控制(zhì)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(xù)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(liang)主軸控制 PMC 梯形(xing)圖程序。為便于(yú)分析識讀主軸(zhóu)控制 PMC 梯形圖程(cheng)序，現将輸入、輸(shu)出進行說明，如(ru)表1所示。梯形圖(tú)程序中，第一、二(èr)行表示通過數(shù)控機🐪床操作面(mian)闆上的正反轉(zhuǎn)按鍵控制機♈床(chuáng)主軸進行正反(fan)轉;第三、四行表(biao)示利用加工編(biān)程程序指令控(kòng)制數控⛱️機床主(zhǔ)軸進行正反轉(zhuan);R0100.0中間信号表示(shì)數控♌機床工作(zuò)方式🚶選擇⛹🏻‍♀️中的(de)“手動”、“手輪”工💘作(zuò)方式。觀察 PMC 梯形(xing)圖程序可知，通(tong)🔆過數控機床操(cāo)作面闆上的正(zhèng)反轉按鍵進行(háng)主軸🐪控制時，工(gōng)作方式選擇開(kai)關必須🧑🏽‍🤝‍🧑🏻選擇“手(shǒu)動”或“手輪💚”工作(zuò)方式❌，使 R0100.0 中間信(xìn)号為 1;RST信号為複(fu)位信号，其地址(zhi)為 F1.1，通過數控系(xì)㊙️統操🏃作面闆上(shang)的複位按鍵來(lái)實現系統複位(wèi)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(yǔ)M04常閉觸點構成(cheng)了正、反轉互鎖(suǒ)保護信号，X0002.5與 M05常(cháng)閉觸點為停止(zhǐ)信号，當手動操(cao)作停止或程序(xu)指令中遇到 M05指(zhǐ)令時，PMC程序無輸(shū)出信号，主軸停(ting)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(shu)出 Y0005.5、Y0005.6，即可實現電(dian)路中線圈的實(shí)際控制。

圖2　數控銑床(chuang)主軸控制

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

2.數控系統參數(shu)設置

主軸調速(sù)控制系統在硬(ying)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(zhu)軸正确運轉。數(shù)控系統參數設(she)定時，一部分參(cān)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(suan)後才能設定。

2.1設(shè)置主軸控制系(xì)統參數

FANUC-0imateMD系統采(cǎi)用模拟量主軸(zhóu)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(shè)定如表2所示。

2.2　增(zeng)益及漂移參數(shù)的計算

FS-0iD系統中(zhong)參數3731為模拟量(liàng)輸出時的漂移(yí)調整參數，其功(gong)能是改變S0轉速(su)所對應的模拟(ni)量電壓輸出值(zhi)，參數設定範圍(wei)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(yīng)🏃的模拟量輸出(chū)電壓在理論上(shang)應為0V，但經萬用(yòng)表檢查發現實(shi)際輸出電壓通(tōng)常大于或小于(yu)0V，此時，則需設置(zhì)🌏3731參數，使輸出電(diàn)壓盡量接近于(yú)0V。

3731參數設定值可(kě)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(gai)變較高主軸轉(zhuǎn)速Smax所對應的模(mó)拟量輸出值，并(bing)改變輸出電壓(yā)💋和轉速的比例(lì)。參數3730以 百 分 率(lü) 的 形 式 設 定，設(shè) 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(guǒ)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(suǒ)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(suàn)：

本文數控機床(chuang)配置 FANUC-0imateMD 系統，主軸(zhou)為通用變頻調(diao)速系👣統。為了優(you)化主軸性能，必(bì)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(shè)定前、後主軸在(zai)不同轉速時所(suǒ)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(bian)頻器輸出💰頻率(lǜ)值為0，利用萬用(yong)表實✨測輸出電(dian)壓為-0.048V。先進行漂(piāo)移參數計算，可(ke)得漂移參數值(zhi)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(ni)🌂量輸出電壓為(wei)9.93V，包含了-0.048V 的漂移(yí)❤️電壓，所以在計(ji)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(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(zhěng)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(sù)對應電壓為-0.048V，特(te)性曲線為負向(xiàng)漂移曲線。經計(jì)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(jiē)近理想特性曲(qu)線。

模拟量輸出(chu)增益調整特性(xing)曲線如圖4所示(shì)，調整增益參🌍數(shu)可改變較大轉(zhuan)速所對應的模(mo)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(yi)參數設定為0時(shi)，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(jīng)計算、設定增益(yi)參數後，再次實(shí)測較大轉速對(duì)應電壓變為10V，增(zēng)益特性變為理(li)想特性曲線。

3.結(jié)語

本文詳細介(jiè)紹了數控機床(chuang)主軸通用變頻(pín)調速方式的硬(yìng)🔴件接線、PMC梯形圖(tú)程序設計及系(xi)統參數設定方(fāng)法。在完🈲成主❓軸(zhóu)控💃🏻制功能的情(qing)況下，為了使主(zhu)軸系統性能達(dá)到理想狀态，利(lì)用萬用表對主(zhǔ)軸不同速度輸(shu)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(tè)性達到理想狀(zhuàng)态。為廣大數控(kong)機床維修維護(hu)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。