西安數控機床(chuáng)主軸控制系統(tǒng)根據機(jī)床性能一般有變頻控制與(yǔ)串行(háng)控制兩種方式，如經濟型數控機床主軸控制通常采用變(biàn)頻(pín)調速控制;數控銑、加工中心主軸控(kòng)制通(tōng)常(cháng)采用交流主軸驅動器來實現主(zhǔ)軸串行控制。在生(shēng)産實踐中，各廠(chǎng)家(jiā)在數控機床主軸控制(zhì)配(pèi)置上采取的策(cè)略都是滿足使用要求情況下盡量降低配置。主軸(zhóu)采用通用變頻(pín)器調速(sù)時隻能進行簡單的速度控制，它是利用數(shù)控(kòng)系統輸(shū)出模拟量電壓作為變頻(pín)器速度控制信号，通過數控系統 PMC 程序為變頻器提供正(zhèng)反轉信号，從而控(kòng)制電機實現正反轉。串行主軸(zhóu)控制指的是在主軸控制(zhì)系統中采用交流主軸驅動(dòng)器來實現主軸控制的方式，如(rú) FANUC-0iC/D 系 統 一 般 配 置 專 用 的FANUC交流(liú)伺服驅動器及伺(sì)服電機實現主軸(zhóu)串行控制。串行主軸不僅能較好地實現速度控制，而且(qiě)可通過 CNC實現主(zhǔ)軸定向準停(tíng)、定位(wèi)和 Cs軸等位置控制功能。對比這兩種主軸控制方式可見，串行主軸控制方式較通用變頻器主軸控制方式 功能強大、配置高。由于交流主軸驅(qū)動器及配(pèi)套的專用電機成本較高，因此造成了數控機(jī)床整機成本也(yě)相對較高。生産實際中，很多經(jīng)濟型數控機床主軸都采(cǎi)用通用變頻器調速或專用變頻器調速方式，以降低成本。本文主(zhǔ)要介紹主軸采(cǎi)用通用變頻器調速方式時的(de)調試方法。

1.數控(kòng)機床主軸通用變頻調速控制(zhì)

數控機床主軸采用通用變頻調速控制方式時，典型的硬件配置為(wéi)數控裝置、通(tōng)用變頻器(qì)及普通三相異步電動機。在主軸調試時，首先應正确完成變頻器與電機及數控裝置的硬件接(jiē)線;其次是完成主(zhǔ)軸控制PMC梯形圖程序的設計及輸入。主(zhǔ)軸的速度控制通過(guò)數控系統(tǒng)的模拟量輸出電壓實現，正反(fǎn)轉控制通過PMC程序(xù)來實現。

1.1變頻調速控制硬件接線圖

本文以配備 FANUC-0imateMD 系統的(de)亞龍559數控(kòng)裝調實(shí)訓設備為例(lì)來(lái)進行介紹。其主(zhǔ)軸采用通用變頻器調速(sù)控制，選用(yòng)的變頻器型号為(wéi)歐姆龍G3JZ，其硬件接線如(rú)圖1所示。變頻器(qì)的 U、V、W 端子直接接三相異步電(diàn)動(dòng)機。L1、L2、L3 端 子 經 交 流 接 觸(chù) 器KM、低壓斷路器 QF4接入電源。S1、S2端子分别通過中間繼電器(qì) KA5、KA6 的 常開觸點接 至 公共端子SC，KA5、KA6常開觸點不能同時(shí)閉合，它們(men)分别控制電機正、反轉。A1、AC 端子接至數控系統的JA40接口，接收來自數控(kòng)系統的模拟量信号以控制主軸的(de)轉速，模拟量一(yī)般為0V～10V 的電壓信号。

圖1　變頻器硬件(jiàn)接(jiē)線圖

1.2變頻調速(sù)控制梯形圖程序

數控機床主軸正(zhèng)、反轉是通過(guò) PMC 梯形圖程序進行控制的，根據主軸控(kòng)制方式(如模拟量(liàng)控制和串行控制方式)的不同，其 PMC 梯形圖程(chéng)序也有所不同。圖2為配備 FANUC-0imateMD 數控系統的亞(yà)龍559數控(kòng)銑床的模拟量主(zhǔ)軸控制 PMC 梯形圖程(chéng)序。為便于分析識(shí)讀主軸控制 PMC 梯形圖程序，現(xiàn)将輸入、輸出進行說明，如表1所示。梯形圖程(chéng)序中，第一、二行表示通過數控機床操作面闆上(shàng)的正反轉按鍵控制機(jī)床主軸進行正反轉;第三、四行表示利用加工編程程序指令控制數控機床主軸進行正反轉;R0100.0中間信号表示數控機床工作方式選擇中的“手動”、“手輪”工(gōng)作方式。觀(guān)察 PMC 梯形圖程序可知，通過(guò)數控機床操作面闆上的正反轉按鍵進行主軸控制時(shí)，工作(zuò)方(fāng)式選擇開關必須選擇“手動”或“手輪”工作方式，使 R0100.0 中間信号為 1;RST信号為複位信(xìn)号，其地址為 F1.1，通(tōng)過數控系統操作面闆(pǎn)上的複位按鍵來實現系統複位操作;M19為主軸(zhóu)準停信号，對于(yú)通用變頻調速而(ér) 言(yán)，該信号無實際(jì)意義(yì);串聯 于 程 序 中 的 X0002.4 與 X0002.7、M03 與M04常閉觸點構成了(le)正、反轉互鎖保護(hù)信号，X0002.5與 M05常閉觸點為停(tíng)止信号，當手動操作停止或程序指令(lìng)中遇到 M05指令時，PMC程序無輸出信(xìn)号，主軸停止(zhǐ) 轉動(dòng);R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信号(hào)為主軸正(zhèng)反轉的中間(jiān)輸出信(xìn)号，将其常開觸點接至實際的輸出 Y0005.5、Y0005.6，即可實現電路中線圈(quān)的(de)實際控制。

圖2　數控銑床主(zhǔ)軸控制

PMC梯形圖(tú)表1　輸入、輸(shū)出信号及(jí)含義表1。

2.數控系統參(cān)數設置

主軸調速控制系統在(zài)硬(yìng)件接線(xiàn)、PMC程序(xù)編輯完(wán)成的情(qíng)況下，還需(xū)正确設置(zhì)數(shù)控系統(tǒng)參數與變頻器參數才能保證主軸正确運(yùn)轉。數控系統參數設定時，一部分參數(shù)可以直接查閱系統參數手(shǒu)冊直接設定，但也有個别參數需要進行計算後(hòu)才能設定。

2.1設置主(zhǔ)軸控制系統參數

FANUC-0imateMD系統(tǒng)采用模拟(nǐ)量主軸控制(zhì)方式時(shí)，除了增益調整參數3730、漂移調整3731兩個參(cān)數需要(yào)計算後才能設定外，其餘參數設定如(rú)表2所(suǒ)示。

2.2　增益及漂移參數的計算

FS-0iD系統中參數3731為(wéi)模拟量輸(shū)出時的漂移調整參數，其(qí)功能是改變S0轉速所對應的模拟量電壓(yā)輸(shū)出(chū)值，參數設定範圍為 -1　024～1　024。在模拟量控制時，當主軸轉速為S0時(shí)，其對應的模拟量輸出電壓在理論上應(yīng)為0V，但經萬用表檢查發現實際輸(shū)出電壓(yā)通常(cháng)大于或小于0V，此時，則需設置3731參數，使輸出電壓盡量接近于0V。

3731參數設定值可按下式計算：

表2　主軸控(kòng)制系統參(cān)數設置

FS-0iD系統中參數(shù)3730為模拟(nǐ)量輸出時的(de)增益調整(zhěng)參數，該參數可改變較(jiào)高主軸轉速Smax所對應(yīng)的模拟量輸出(chū)值，并改變輸出電壓和轉速的比(bǐ)例(lì)。參數3730以 百 分 率 的 形 式 設 定，設 定 值(zhí) 範 圍 為 700～1　250，單位為0.1%。當(dāng)設定值為1　000時(shí)，較高轉速Smax所對應的模(mó)拟量輸出為10V。如果實際值大于或小于10V，可改變3730參數調整增益值，使較高(gāo)轉速Smax所對應的模拟量輸出盡量接近于10V。3730參數設定值可按下式計算：

本文數控機床配置 FANUC-0imateMD 系統，主軸為(wéi)通用變頻(pín)調速系統。為了優化主軸性能，必須計算和設定漂移、增益調整參數。表3為(wéi)漂移和增益參數(shù)設定前、後主軸在不(bú)同轉速時所對應的頻率及實測電壓值。由表3可知，當3730、3731參數設定值均為0，主軸轉速為S0時，變頻器輸(shū)出頻率值為0，利用萬(wàn)用表實測輸出(chū)電壓為-0.048V。先進行漂移參數計算(suàn)，可得漂移參數值3731=26，因為漂移将同時影響較高(gāo)轉速Smax對應的輸出電壓。以表3為例，即較高轉速為1　400r/min時實測(cè)的模拟量輸出電壓(yā)為9.93V，包含(hán)了-0.048V 的漂移電壓，所以在計算增益調整參數時，必須将(jiāng)漂移電壓考慮進去再進行增(zēng)益參數計(jì)算，較(jiào)終計算得增益參數(shù)值3730=1011。

表(biǎo)3　設置增益(yì)及漂移參數

模拟量輸出的漂移(yí)特性曲線如圖3所(suǒ)示，調整漂移參數可改變轉速S0所對應的電壓輸出值，使特性曲線(xiàn)上下(xià)平移。本例中漂移參數設定(dìng)為0時，實測S0轉速對(duì)應電壓為(wéi)-0.048V，特性曲線為負向漂移曲線。經計算和設定漂移參數後，再次實測(cè)漂移電壓為-0.002V，基本接近于0V，特性曲線基(jī)本(běn)接近理想特性(xìng)曲線。

模拟量輸出(chū)增益調整特性曲線如圖4所示，調整增益參數可改變較大轉速(sù)所對應(yīng)的模拟量電壓輸出值，使(shǐ)特性曲(qǔ)線(xiàn)的斜率發生變化。本(běn)例(lì)中增益參數設定為0時，實測較大轉速對應的電壓為9.93V，可(kě)見特性曲線為增益過小。經計算、設定增益(yì)參數後，再次實測較大轉速對應電(diàn)壓變為10V，增益特性變為(wéi)理想特性曲線。

3.結語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了數(shù)控機床主軸通用變頻調速方式的硬件接線、PMC梯形圖程序設計及系統參數設定(dìng)方法。在完成主軸(zhóu)控制功能的情況下，為了使主軸系統性能(néng)達到理想狀态，利用萬用表對主軸不同速度輸出時對應的(de)模拟(nǐ)量電壓信号進(jìn)行了反複(fú)實測，并經過漂移、增益調整參(cān)數的計算、設定及實際測量，使(shǐ)主軸速度輸出特性達到理想(xiǎng)狀态。為廣大數控機床維修維護人員提供了通俗(sú)易懂的變頻主軸系統安裝、調試及維修指(zhǐ)導方法(fǎ)。