西安數控機床主(zhǔ)軸控制系統根據(jù)機床性能一般有(you)變頻控制與串行(hang)控制兩種方式，如(ru)經濟型數控機床(chuáng)主軸控制通常采(cǎi)用變頻🈲調速控制(zhì);數控銑、加工中心(xin)主軸控制通常采(cǎi)用交流主軸🔴驅動(dong)器來實現主軸串(chuan)行控制。在生産實(shí)踐中，各廠家在數(shu)控機床主軸控制(zhì)配置上采取的策(cè)略都是滿足使用(yong)要求情況下盡量(liàng)👣降低配置。主👅軸采(cǎi)用通用變頻器調(diào)速時隻能進行簡(jiǎn)單的速度控制，它(tā)是利用數控系統(tong)輸出模拟量電壓(yā)作為變頻器速😄度(dù)控制信号，通過數(shù)控系統 PMC 程序為變(biàn)頻🚩器提供正反轉(zhuan)信号，從而控制電(dian)機實現正反轉。串(chuan)行主軸控制指🐆的(de)是在主軸控制系(xi)統中🔞采用交流主(zhu)軸驅動器來實現(xiàn)主軸控制的方式(shì)，如 FANUC-0iC/D 系 統🌈 一 般 配 置(zhi) 專 用 的FANUC交流伺🌈服(fu)驅動器及伺服電(dian)機實現主✨軸串行(háng)控制。串行主軸不(bú)僅㊙️能較好地實現(xian)速度控制，而且可(ke)通過 CNC實現主軸定(dìng)向準停、定位和 Cs軸(zhou)等位置控制功能(neng)。對比這兩種主軸(zhóu)控制方式👉可見，串(chuàn)行主軸控制方式(shi)較通用變頻器☎️主(zhǔ)軸控制方式 功能(néng)強大、配置高。由😘于(yú)交流主軸驅動器(qi)及配☎️套的專用電(diàn)機成本較高，因此(ci)造成了數控機🌍床(chuáng)整機成本也相對(dui)較高。生産實際中(zhōng)，很多經濟型數控(kòng)🧡機床主軸都采用(yòng)通用變頻器調速(sù)或專用變頻器調(diao)速方式，以✍️降低成(cheng)本。本文主🈲要介紹(shao)主軸采用通用變(bian)頻器調速方式時(shi)的🌈調試方法。

1.數控(kòng)機床主軸通用變(biàn)頻調速控制

數控(kòng)機床主軸采用通(tong)用變頻調速控制(zhì)方式時，典型的硬(yìng)件配置為數控裝(zhuāng)置、通用變頻器及(ji)普通三相異步電(dian)🍓動機。在主軸調試(shi)時，首先應正确完(wán)成變⭐頻器與電機(ji)及數控裝㊙️置的硬(yìng)件接線🌍;其次是完(wán)成主軸控制PMC梯形(xing)圖程序的設計及(ji)輸入。主軸的速度(du)控制通過數控系(xi)統的模拟量輸出(chū)電壓實現，正反🌐轉(zhuǎn)控制通過PMC程序來(lai)實現。

1.1變頻調速控(kong)制硬件接線圖

本(běn)文以配備 FANUC-0imateMD 系統的(de)亞龍559數控裝調實(shí)訓設備為例來進(jin)行介紹。其主軸采(cǎi)用通用變頻器調(diao)速控制，選用的變(bian)頻⭕器型号為💋歐姆(mǔ)🔞龍G3JZ，其硬件接線如(rú)圖1所示。變頻器的(de) U、V、W 端子直接接⚽三相(xiàng)異步電動機。L1、L2、L3 端 子(zǐ) 經 交☀️ 流 接 觸 器KM、低(dī)壓斷路器 QF4接入電(diàn)源。S1、S2端子分别通過(guò)中間繼電器 KA5、KA6 的♻️ 常(cháng)開觸點接 至 公共(gong)端子SC，KA5、KA6常開觸點不(bu)能同時閉合，它們(men)分别控制電機正(zheng)、反轉。A1、AC 端子🈲接至數(shù)控系統的JA40接口，接(jiē)收來自數控系統(tǒng)的模拟量信号以(yi)控制主軸的轉速(sù)，模拟量一般為0V～10V 的(de)電壓信号。

圖(tú)1　變頻器硬件接線(xiàn)圖

1.2變頻調速控制(zhì)梯形圖程序

數控(kong)機床主軸正、反轉(zhuǎn)是通過 PMC 梯形圖程(chéng)序進行控制⛹🏻‍♀️的，根(gen)據📱主軸控制方式(shì)(如模拟量控制和(he)串行控制方式)的(de)不同☔，其 PMC 梯形圖程(cheng)序也有所不同。圖(tú)2為配備 FANUC-0imateMD 數控系統(tǒng)的亞龍559數控銑床(chuang)的模拟量主軸控(kòng)制⛹🏻‍♀️ PMC 梯形圖程序。為(wei)便于分析識讀🌈主(zhǔ)軸控制 PMC 梯形圖程(chéng)序，現将輸入、輸出(chu)進行說明，如表1所(suo)示。梯形圖程序中(zhōng)，第一、二行🔴表示通(tong)過數控機床操作(zuo)面闆上的正反轉(zhuǎn)按鍵控制機床主(zhǔ)軸進行正反轉;第(dì)三、四行表示利用(yòng)加工編程程序指(zhǐ)令控制數控機💜床(chuang)主軸進行正反轉(zhuan);R0100.0中間信号表示數(shù)控🏃‍♀️機床工作方式(shì)🔅選擇中的“手動”、“手(shou)輪”工作方式。觀察(cha) PMC 梯形圖程序可知(zhī)，通⛱️過數控機床操(cao)作面闆上的正反(fan)轉按鍵進行主軸(zhóu)🌈控制🥵時，工作方式(shi)選擇開🌈關必須📱選(xuǎn)擇“手動”或“手輪🏃‍♂️”工(gōng)作方式🍓，使 R0100.0 中間信(xin)号為 1;RST信号為複位(wèi)信号，其地址為 F1.1，通(tōng)過數控系統操作(zuò)面闆上的複位按(an)鍵來實㊙️現🍓系統複(fu)位操作;M19為主軸準(zhun)停信号，對于🤞通用(yong)變頻調🌂速而 言，該(gāi)信号無實際意義(yi);串聯 于 程 序 中 的(de) X0002.4 與 X0002.7、M03 與M04常閉觸點構(gou)成了正、反轉互鎖(suo)保護信号，X0002.5與 M05常閉(bì)觸🍓點為停止信号(hào)，當手動操作停止(zhi)或🈚程序指令中遇(yu)到 M05指令時，PMC程序無(wú)輸出信号，主軸停(ting)止 轉動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信号📱為主(zhǔ)軸正反轉的中間(jian)輸出信号，将其常(cháng)開觸點接至實際(ji)的輸出⛱️ Y0005.5、Y0005.6，即可實現(xiàn)電路中線圈的實(shí)際控制。

圖2　數(shu)控銑床主軸控制(zhì)

PMC梯形圖表1　輸入、輸(shū)出信号及含義表(biao)1。

2.數控系統參數設(she)置

主軸調速控制(zhì)系統在硬件接線(xiàn)、PMC程序編輯完成的(de)情況下，還🏃需正确(que)設置數控系統參(can)數與變頻器參數(shu)才💃能保證主軸正(zhèng)🌂确運🌈轉。數控系統(tǒng)參數設定時♈，一部(bu)分🈚參數可🥰以直接(jie)🍓查閱系統參數手(shou)冊直接設定，但也(ye)有個别參數需要(yao)進行計算後才👣能(neng)設定。

2.1設置主軸控(kong)制系統參數

FANUC-0imateMD系統(tǒng)采用模拟量主軸(zhou)控制方式時，除了(le)增益調整參數3730、漂(piāo)移調整3731兩個參數(shu)需要計算後才能(neng)設定外，其餘參數(shù)設定如表2所示。

2.2　增(zēng)益及漂移參數的(de)計算

FS-0iD系統中參數(shu)3731為模拟量輸出時(shi)的漂移調整參數(shù)，其功能是改變S0轉(zhuǎn)速所對應的模拟(ni)量電壓輸出值，參(cān)數設定範圍為 -1　024～1　024。在(zai)模拟量✊控制時，當(dāng)主軸轉速為S0時，其(qí)對應的模拟量輸(shu)出👄電壓在🚶‍♀️理論上(shang)💋應為0V，但經萬用表(biao)檢查發現實際輸(shū)出電壓通常大于(yú)💃或小于0V，此時，則需(xū)設置♻️3731參數，使輸出(chū)電壓盡量接近于(yu)0V。

3731參數設定值可按(àn)下式計算：

表2　主軸(zhou)控制系統參數設(shè)置

FS-0iD系統中參數3730為模(mo)拟量輸出時的增(zēng)益調整參數，該參(can)數可改變較高主(zhu)軸轉速Smax所對應的(de)模拟量輸出值，并(bing)☔改變輸出電壓和(hé)轉速的比例。參數(shu)3730以 百 分 率 的 形 式(shì) 設 定，設 定 值 範 圍(wéi) 為 700～1　250，單位為0.1%。當設定(dìng)值為1　000時，較高轉速(su)Smax所對應的模拟量(liang)輸出為10V。如果實際(ji)值大‼️于或小于10V，可(ke)改變3730參數調整增(zeng)益值，使👌較高轉速(su)Smax所對應的模拟👉量(liàng)👣輸出盡量接近于(yú)10V。3730參數設定值可按(àn)下式計算：

本文數(shu)控機床配置 FANUC-0imateMD 系統(tǒng)，主軸為通用變頻(pin)調速系統。為🚶‍♀️了❓優(you)化㊙️主軸性能，必須(xū)計算和設定漂移(yi)、增益🐪調整♉參數。表(biǎo)3為漂移和增益參(cān)數設定前、後主軸(zhou)在💋不同轉速時所(suo)對應的頻率及實(shi)測電🔴壓值。由表3可(ke)知，當3730、3731參數設定值(zhi)均為0，主軸轉🏒速為(wéi)S0時，變頻器輸出頻(pin)率值為0，利用萬用(yòng)表實測輸出電壓(yā)為-0.048V。先進行漂🏃🏻移參(can)數計算，可👌得漂移(yí)參數值🏃3731=26，因為漂移(yí)将同時影響較高(gāo)轉速Smax對應😄的輸出(chū)電壓。以表3為例，即(ji)較高轉🤟速為1　400r/min時實(shí)測的模拟量輸出(chū)電壓為9.93V，包含了-0.048V 的(de)漂移電壓，所以在(zai)計算增益調整參(can)🔞數時，必須将漂移(yi)電壓考慮進去再(zài)進行增益參數計(ji)算，較終計算得增(zēng)💃🏻益參數值3730=1011。

表3　設置(zhi)增益及漂移參數(shù)

模拟量(liang)輸出的漂移特性(xing)曲線如圖3所示，調(diao)整漂移參數可改(gai)變轉速S0所對應的(de)電壓輸出值，使特(tè)性曲線上下平移(yi)。本例中📞漂移✉️參數(shu)設定為0時，實測S0轉(zhuan)速💃對應電壓為-0.048V，特(tè)性曲線為負向漂(piāo)移曲線。經計算和(hé)設定漂移參數後(hòu)，再次實測漂移電(dian)壓為💔-0.002V，基本接近于(yú)0V，特性曲線🐕基本接(jie)近理想特性曲線(xian)。

模拟量輸出增益(yi)調整特性曲線如(rú)圖4所示，調整增益(yì)🍓參數可🈚改變較大(dà)轉速所對應的模(mo)拟量電壓輸🐅出值(zhí)💞，使特性曲線的斜(xie)率發生變化。本例(lì)中增益參數設定(dìng)為0時，實測較大🈲轉(zhuǎn)速對應的電壓為(wéi)9.93V，可見特性曲線為(wei)❌增益過小。經計算(suàn)、設定增益參數後(hou)，再次實測較大轉(zhuan)速對應電壓變為(wei)10V，增益特性變為理(li)想特性曲線。

3.結語(yǔ)

本文詳細介紹了(le)數控機床主軸通(tōng)用變頻調速方式(shì)的硬件接線、PMC梯形(xíng)圖程序設計及系(xì)統參數設定☁️方法(fǎ)。在完成主軸控制(zhi)功🛀能的情況下，為(wei)了使主軸系統性(xing)能達到理想狀态(tai)，利用萬用表對主(zhu)軸不同⛹🏻‍♀️速度輸出(chu)時對應的模拟量(liang)電壓信号進行了(le)反複⭐實測，并經過(guo)漂移、增益調🐉整參(cān)數的計算、設定及(ji)實際測量，使主軸(zhóu)速度輸出特性達(dá)到理想狀态。為廣(guǎng)大數控機床維修(xiū)維護人員提供了(le)通俗易懂的變頻(pin)主軸系統安裝、調(diao)試及維修指導方(fāng)法。