西安數控機床(chuáng)主軸控制系統根據(jù)機床性能(néng)一般有變頻控(kòng)制與(yǔ)串行控制(zhì)兩種方式，如經濟型(xíng)數控機床(chuáng)主軸控制通常采用變頻調速(sù)控制;數控銑、加(jiā)工中(zhōng)心(xīn)主(zhǔ)軸控(kòng)制通常采(cǎi)用交流主(zhǔ)軸驅動器(qì)來(lái)實現主(zhǔ)軸串(chuàn)行控(kòng)制(zhì)。在(zài)生産(chǎn)實踐(jiàn)中，各廠家(jiā)在數控(kòng)機(jī)床主(zhǔ)軸控制配置上(shàng)采取(qǔ)的策略都(dōu)是滿足使用要求情(qíng)況下(xià)盡量降低(dī)配置。主軸采用(yòng)通用變頻(pín)器調速時隻能(néng)進行簡(jiǎn)單的(de)速度控制(zhì)，它(tā)是利(lì)用數控系統輸(shū)出模拟(nǐ)量電壓(yā)作為變頻器速(sù)度控制信号，通(tōng)過數控系統 pmc 程(chéng)序為(wéi)變頻(pín)器提(tí)供正反轉信号(hào)，從而(ér)控制電機(jī)實現(xiàn)正反轉。串行主軸控(kòng)制指的是在(zài)主(zhǔ)軸控(kòng)制系(xì)統中采用交流主軸驅動(dòng)器來實現(xiàn)主(zhǔ)軸(zhóu)控制(zhì)的方式，如 fanuc-0ic/d 系 統 一 般 配 置(zhì) 專 用(yòng) 的fanuc交流伺(sì)服(fú)驅動器及伺服電機(jī)實現主(zhǔ)軸串行(háng)控(kòng)制。串(chuàn)行主軸(zhóu)不僅能(néng)較好地實現速(sù)度(dù)控制，而且可(kě)通過 cnc實(shí)現(xiàn)主軸定向(xiàng)準(zhǔn)停、定位(wèi)和 cs軸(zhóu)等(děng)位置控制功(gōng)能。對(duì)比這(zhè)兩種主軸(zhóu)控制(zhì)方式可見，串行(háng)主軸控制(zhì)方式(shì)較通用(yòng)變頻器(qì)主軸(zhóu)控(kòng)制方式 功能(néng)強(qiáng)大、配置(zhì)高。由于(yú)交(jiāo)流主(zhǔ)軸驅動器及配(pèi)套的專(zhuān)用(yòng)電機成本(běn)較高，因此(cǐ)造成了數控機(jī)床整機成(chéng)本也(yě)相對(duì)較高(gāo)。生産實際中(zhōng)，很多經(jīng)濟型(xíng)數控機床(chuáng)主(zhǔ)軸都采用通(tōng)用變頻器調速(sù)或專用變頻器(qì)調速方(fāng)式，以降低成(chéng)本。本文主要介紹主軸采(cǎi)用通用變(biàn)頻器(qì)調速方式時的(de)調試(shì)方(fāng)法。

1.數控(kòng)機床主軸通用變(biàn)頻(pín)調速控制(zhì)

數控機床主軸采用通用(yòng)變頻(pín)調速控制方式時，典型的硬件(jiàn)配置為數控裝(zhuāng)置、通用變頻器(qì)及普(pǔ)通三(sān)相異步電(diàn)動機。在主軸調試時，首先應正(zhèng)确完成變(biàn)頻器與電機及(jí)數控(kòng)裝置的硬(yìng)件接(jiē)線(xiàn);其(qí)次是(shì)完成(chéng)主軸控制(zhì)pmc梯形圖(tú)程序的(de)設計(jì)及輸入。主(zhǔ)軸的速度(dù)控制(zhì)通過數(shù)控系統(tǒng)的模(mó)拟量輸出電壓(yā)實現(xiàn)，正反(fǎn)轉控(kòng)制通過pmc程(chéng)序來實現。

1.1變頻調速(sù)控(kòng)制(zhì)硬件(jiàn)接線圖

本文以配備 fanuc-0imatemd 系統的亞(yà)龍559數控裝調實(shí)訓設備為例來(lái)進行介紹。其主軸采用通(tōng)用變(biàn)頻器調(diào)速控制(zhì)，選用的變(biàn)頻器(qì)型号(hào)為歐姆龍(lóng)g3jz，其硬(yìng)件接線如圖1所(suǒ)示。變頻器(qì)的 u、v、w 端子直(zhí)接接三相異步電動機。l1、l2、l3 端 子(zǐ) 經(jīng) 交 流 接 觸 器(qì)km、低壓斷(duàn)路器(qì) qf4接入(rù)電源(yuán)。s1、s2端子(zǐ)分别通過(guò)中間繼電器 ka5、ka6 的 常開觸點(diǎn)接 至(zhì) 公共端(duān)子sc，ka5、ka6常開觸點(diǎn)不能同時(shí)閉合(hé)，它們(men)分别(bié)控制(zhì)電機正、反(fǎn)轉。a1、ac 端子接至數(shù)控系統(tǒng)的ja40接口(kǒu)，接收(shōu)來自(zì)數控(kòng)系統(tǒng)的(de)模拟量(liàng)信号以控制主(zhǔ)軸的轉速，模拟(nǐ)量一般為0v～10v 的電(diàn)壓信(xìn)号。

圖1　變頻(pín)器硬(yìng)件接(jiē)線圖

1.2變頻(pín)調速(sù)控制梯形圖程序

數控機(jī)床主(zhǔ)軸正、反(fǎn)轉是通(tōng)過 pmc 梯形圖(tú)程序進行(háng)控制(zhì)的，根據主軸控制方式(如模拟(nǐ)量控制和(hé)串行(háng)控制方(fāng)式)的不同，其(qí) pmc 梯(tī)形圖程(chéng)序也(yě)有所不同(tóng)。圖2為配(pèi)備(bèi) fanuc-0imatemd 數控(kòng)系統(tǒng)的亞(yà)龍559數控銑床的模拟量主軸控(kòng)制 pmc 梯(tī)形圖(tú)程序。為便于(yú)分析識讀主(zhǔ)軸控制 pmc 梯形圖(tú)程序，現将(jiāng)輸入、輸出進(jìn)行說明(míng)，如表(biǎo)1所(suǒ)示(shì)。梯形(xíng)圖程(chéng)序(xù)中，第一(yī)、二行表示(shì)通過數控機床操作(zuò)面闆(pǎn)上的正反(fǎn)轉按(àn)鍵控制機(jī)床主軸進行正(zhèng)反轉(zhuǎn);第三、四行(háng)表示利用加工編程(chéng)程(chéng)序指令(lìng)控制數控機床(chuáng)主(zhǔ)軸(zhóu)進(jìn)行正反(fǎn)轉;r0100.0中間信号表示數控機(jī)床工作方式(shì)選(xuǎn)擇中的“手(shǒu)動”、“手輪”工作方式。觀察 pmc 梯(tī)形圖(tú)程序可知，通過(guò)數控(kòng)機床操作面闆(pǎn)上的(de)正反轉按(àn)鍵進(jìn)行主(zhǔ)軸控(kòng)制時(shí)，工作方式(shì)選擇(zé)開關必須選擇“手動”或(huò)“手輪”工作方式，使 r0100.0 中間(jiān)信号為 1;rst信(xìn)号為複位(wèi)信号，其地(dì)址為(wéi) f1.1，通過(guò)數控系統操作(zuò)面闆(pǎn)上的(de)複位按鍵(jiàn)來實(shí)現系統複(fú)位操作;m19為(wéi)主軸(zhóu)準停(tíng)信(xìn)号，對于通用(yòng)變頻調速(sù)而 言(yán)，該信号無(wú)實際意(yì)義;串聯(lián) 于 程(chéng) 序 中 的 x0002.4 與 x0002.7、m03 與m04常閉觸點構成了正、反轉互(hù)鎖保護(hù)信号，x0002.5與 m05常閉(bì)觸點為停(tíng)止信号(hào)，當手(shǒu)動(dòng)操作停止或程(chéng)序指令(lìng)中遇到(dào) m05指令時(shí)，pmc程序無(wú)輸(shū)出(chū)信号，主軸(zhóu)停止(zhǐ) 轉動(dòng);r0207.2、r0207.3、r0207.4、r0207.5 信号(hào)為主軸正(zhèng)反轉(zhuǎn)的中(zhōng)間輸出信(xìn)号，将(jiāng)其常開觸(chù)點接至實際的(de)輸出(chū) y0005.5、y0005.6，即可(kě)實現(xiàn)電路中線圈的(de)實際控(kòng)制。

圖(tú)2　數控銑(xǐ)床主軸控(kòng)制

pmc梯(tī)形圖表1　輸入、輸(shū)出信(xìn)号及含義表1。

2.數控(kòng)系(xì)統參(cān)數設(shè)置

主軸調(diào)速控制系統在(zài)硬件接線(xiàn)、pmc程序(xù)編輯(jí)完成的情(qíng)況下，還需(xū)正确(què)設置(zhì)數(shù)控系(xì)統(tǒng)參數與(yǔ)變頻器(qì)參數才能(néng)保證(zhèng)主軸(zhóu)正确運轉。數控(kòng)系統參數(shù)設定時，一(yī)部分(fèn)參數可以(yǐ)直接(jiē)查閱系(xì)統參數手冊(cè)直(zhí)接設定，但也有(yǒu)個(gè)别參(cān)數需要進行(háng)計(jì)算後(hòu)才(cái)能設定(dìng)。

2.1設置(zhì)主(zhǔ)軸(zhóu)控制系統參(cān)數(shù)

fanuc-0imatemd系統(tǒng)采用(yòng)模拟(nǐ)量主(zhǔ)軸控制方式時(shí)，除了增益調整(zhěng)參數3730、漂移(yí)調整(zhěng)3731兩個參數(shù)需要(yào)計算後才(cái)能設定外，其(qí)餘(yú)參數設定如表2所示(shì)。

2.2　增益及漂(piāo)移參(cān)數的(de)計(jì)算(suàn)

fs-0id系統中參(cān)數3731為模拟(nǐ)量輸出(chū)時(shí)的漂(piāo)移調(diào)整參(cān)數，其(qí)功能是改變s0轉(zhuǎn)速所(suǒ)對應的模拟量(liàng)電壓輸出(chū)值，參數(shù)設定範(fàn)圍為 -1　024～1　024。在模拟量(liàng)控制時，當主軸(zhóu)轉速為(wéi)s0時，其對(duì)應(yīng)的模拟量輸(shū)出電壓在(zài)理論(lùn)上應為0v，但(dàn)經萬(wàn)用表檢查發現(xiàn)實際輸出電壓(yā)通常大于(yú)或小于0v，此時，則需設(shè)置3731參數，使輸出(chū)電壓盡(jìn)量(liàng)接近(jìn)于0v。

3731參數設(shè)定值(zhí)可按下式計算(suàn)：

表2　主軸控(kòng)制系(xì)統參(cān)數設置

fs-0id系統中參數(shù)3730為模拟量(liàng)輸出(chū)時的增益(yì)調整(zhěng)參數，該(gāi)參(cān)數可(kě)改變(biàn)較高主軸(zhóu)轉速smax所對應(yīng)的(de)模拟(nǐ)量(liàng)輸(shū)出值(zhí)，并改變(biàn)輸出電壓和(hé)轉速的比(bǐ)例。參數3730以 百 分(fèn) 率 的 形 式(shì) 設(shè) 定(dìng)，設 定 值(zhí) 範(fàn) 圍 為(wéi) 700～1　250，單位(wèi)為(wéi)0.1%。當設定值為1　000時(shí)，較高轉(zhuǎn)速(sù)smax所(suǒ)對應的模(mó)拟量輸(shū)出為(wéi)10v。如(rú)果實(shí)際(jì)值(zhí)大于(yú)或小于(yú)10v，可改變(biàn)3730參數(shù)調(diào)整增益值，使較(jiào)高轉速(sù)smax所對應的模拟量輸出盡量接(jiē)近于10v。3730參(cān)數設定(dìng)值可按下式計(jì)算：

本(běn)文數控機(jī)床配置 fanuc-0imatemd 系(xì)統，主(zhǔ)軸為(wéi)通用變頻調速系(xì)統(tǒng)。為了優化主軸性能(néng)，必須計算和設(shè)定漂(piāo)移、增益調(diào)整參數。表3為漂移和增(zēng)益參數(shù)設定前、後主軸在不同轉速時(shí)所對應(yīng)的(de)頻率及實測電壓值(zhí)。由表3可(kě)知(zhī)，當3730、3731參數設(shè)定值均為(wéi)0，主軸轉(zhuǎn)速為s0時(shí)，變頻器(qì)輸出頻(pín)率值為0，利(lì)用萬(wàn)用表實測輸出(chū)電壓為-0.048v。先進行(háng)漂移(yí)參數計算(suàn)，可得漂移參數(shù)值3731=26，因(yīn)為(wéi)漂(piāo)移将(jiāng)同時影響(xiǎng)較高(gāo)轉速(sù)smax對應的輸出電(diàn)壓。以表3為(wéi)例，即較高轉速(sù)為1　400r/min時實(shí)測(cè)的模拟量(liàng)輸(shū)出(chū)電壓(yā)為9.93v，包含(hán)了-0.048v 的漂(piāo)移(yí)電壓(yā)，所以在(zài)計算增益(yì)調整(zhěng)參數(shù)時，必須将(jiāng)漂移電壓(yā)考慮進去(qù)再進行增(zēng)益(yì)參數計(jì)算，較終計(jì)算得增益(yì)參數(shù)值3730=1011。

表(biǎo)3　設置(zhì)增益及漂移參(cān)數

模(mó)拟量(liàng)輸出(chū)的漂移特性曲線如(rú)圖(tú)3所示，調整漂移參(cān)數可(kě)改變(biàn)轉速(sù)s0所(suǒ)對(duì)應的電壓(yā)輸出(chū)值，使特(tè)性曲線(xiàn)上下平移(yí)。本例(lì)中漂(piāo)移(yí)參數設(shè)定為(wéi)0時，實(shí)測s0轉(zhuǎn)速對(duì)應電(diàn)壓為(wéi)-0.048v，特性曲線(xiàn)為負向漂移(yí)曲線。經(jīng)計算和設定漂移參數後，再次實測漂移(yí)電壓(yā)為-0.002v，基本(běn)接近于(yú)0v，特性(xìng)曲線(xiàn)基本(běn)接近理(lǐ)想特性(xìng)曲線。

模拟(nǐ)量輸出增益調整特(tè)性曲線如(rú)圖4所(suǒ)示，調整增益參(cān)數(shù)可(kě)改變較大(dà)轉速所(suǒ)對應的(de)模拟(nǐ)量電(diàn)壓輸(shū)出值，使特性曲(qǔ)線的斜率(lǜ)發生變(biàn)化。本例中增(zēng)益參(cān)數設定為(wéi)0時，實測(cè)較大轉(zhuǎn)速對應的電壓(yā)為9.93v，可(kě)見(jiàn)特(tè)性曲(qǔ)線為增(zēng)益(yì)過小(xiǎo)。經計算、設定(dìng)增(zēng)益參數後(hòu)，再次(cì)實測較大轉速(sù)對應(yīng)電壓變為(wéi)10v，增(zēng)益特(tè)性變為(wéi)理想特性曲線(xiàn)。

3.結語(yǔ)

本(běn)文詳細(xì)介紹了(le)數控機(jī)床主(zhǔ)軸(zhóu)通用變(biàn)頻調(diào)速方(fāng)式的(de)硬件接線(xiàn)、pmc梯形(xíng)圖程序設(shè)計及(jí)系統參數設定(dìng)方法。在(zài)完成主軸(zhóu)控制功能的(de)情況下(xià)，為(wéi)了使(shǐ)主軸(zhóu)系統性能達到理想狀态(tài)，利用(yòng)萬(wàn)用(yòng)表對(duì)主(zhǔ)軸不同(tóng)速度(dù)輸出時對應(yīng)的(de)模拟量電(diàn)壓信(xìn)号進(jìn)行了反複(fú)實測，并經過漂(piāo)移、增益調整參(cān)數的計算、設定及實(shí)際測量，使主軸速(sù)度輸出特性(xìng)達(dá)到(dào)理想(xiǎng)狀态。為(wéi)廣大數控機(jī)床維修維護人員提供了通俗(sú)易懂的變(biàn)頻主軸系統安(ān)裝、調(diào)試及維修(xiū)指導方法。