西安數(shù)控機床(chuáng)主軸控制系統根據機床性能(néng)一般(bān)有變頻控制與串行控制(zhì)兩種(zhǒng)方式，如經濟型數控機床(chuáng)主軸控制通常采用變頻(pín)調速(sù)控制;數控(kòng)銑、加工中(zhōng)心主軸控(kòng)制通常采用交(jiāo)流主(zhǔ)軸驅(qū)動器(qì)來(lái)實現主軸串(chuàn)行控(kòng)制。在生産(chǎn)實踐中(zhōng)，各(gè)廠家在數(shù)控機床主(zhǔ)軸控(kòng)制配置上(shàng)采取的策略都(dōu)是滿(mǎn)足使用(yòng)要求情況下盡量(liàng)降低配(pèi)置。主軸(zhóu)采用(yòng)通(tōng)用(yòng)變頻(pín)器調(diào)速時隻能(néng)進行簡單的速(sù)度控制，它是利用數控(kòng)系(xì)統輸(shū)出模拟量(liàng)電壓(yā)作為變(biàn)頻(pín)器速(sù)度控制信号，通(tōng)過數控系(xì)統 pmc 程序為變頻(pín)器提供正反轉信号(hào)，從而控制(zhì)電機(jī)實現正反轉。串(chuàn)行主軸控制指(zhǐ)的是(shì)在主軸控(kòng)制系統(tǒng)中(zhōng)采用(yòng)交流主軸(zhóu)驅動(dòng)器來實現主軸(zhóu)控制的方式，如 fanuc-0ic/d 系 統 一(yī) 般(bān) 配 置(zhì) 專 用(yòng) 的fanuc交流伺(sì)服驅動器及伺(sì)服電機實現主(zhǔ)軸串行控(kòng)制。串(chuàn)行主(zhǔ)軸(zhóu)不僅能(néng)較好地(dì)實現速(sù)度控制，而且可(kě)通過 cnc實(shí)現主軸(zhóu)定向準停(tíng)、定位(wèi)和 cs軸等位(wèi)置控(kòng)制功(gōng)能。對比這兩種主(zhǔ)軸控制(zhì)方式可見(jiàn)，串行主軸控(kòng)制(zhì)方式(shì)較通(tōng)用(yòng)變頻器主軸(zhóu)控(kòng)制方式(shì) 功能強大、配置(zhì)高。由于交(jiāo)流主(zhǔ)軸驅動器及配(pèi)套的專用電機(jī)成本(běn)較高，因此(cǐ)造成了數控機床整(zhěng)機成本也(yě)相對較高。生産(chǎn)實際(jì)中，很(hěn)多經濟型(xíng)數(shù)控(kòng)機床(chuáng)主軸都(dōu)采用通(tōng)用變頻器調速(sù)或專用變頻器調速(sù)方式，以降(jiàng)低成(chéng)本。本文主(zhǔ)要介紹主軸采(cǎi)用通用(yòng)變頻器調速方式時的調試(shì)方法。

1.數控(kòng)機床(chuáng)主軸(zhóu)通用(yòng)變頻調速控制(zhì)

數控機(jī)床主軸采用通用(yòng)變頻(pín)調速控制方式(shì)時，典型的硬件(jiàn)配置為數(shù)控裝(zhuāng)置、通(tōng)用變頻器(qì)及普通三(sān)相異步電動機。在主(zhǔ)軸調試時，首先(xiān)應正(zhèng)确完成變(biàn)頻器與(yǔ)電機(jī)及數控(kòng)裝置(zhì)的硬(yìng)件接線;其(qí)次是(shì)完成(chéng)主(zhǔ)軸控制(zhì)pmc梯形圖程序的(de)設計(jì)及(jí)輸入。主(zhǔ)軸的(de)速度(dù)控制通過數控系統(tǒng)的模拟(nǐ)量輸出(chū)電壓實現，正反(fǎn)轉控(kòng)制(zhì)通(tōng)過pmc程(chéng)序來(lái)實(shí)現。

1.1變頻(pín)調速控(kòng)制(zhì)硬件接線圖

本文以(yǐ)配(pèi)備 fanuc-0imatemd 系統的亞(yà)龍559數控(kòng)裝調(diào)實(shí)訓設備為例來進行(háng)介紹(shào)。其主(zhǔ)軸采(cǎi)用(yòng)通用變(biàn)頻器(qì)調速控制(zhì)，選用的(de)變頻器(qì)型号(hào)為歐姆龍(lóng)g3jz，其硬(yìng)件接(jiē)線如圖1所示。變頻器(qì)的 u、v、w 端子(zǐ)直(zhí)接接(jiē)三相(xiàng)異步電動(dòng)機。l1、l2、l3 端 子 經(jīng) 交 流 接 觸 器km、低壓斷路器 qf4接入電源。s1、s2端子分别通過(guò)中間繼電(diàn)器 ka5、ka6 的(de) 常開(kāi)觸點(diǎn)接 至(zhì) 公共端(duān)子(zǐ)sc，ka5、ka6常開(kāi)觸點(diǎn)不(bú)能同時閉合(hé)，它們分别(bié)控制電機正、反(fǎn)轉。a1、ac 端(duān)子接(jiē)至數控系統(tǒng)的(de)ja40接口，接收來自數控(kòng)系統的模拟量(liàng)信号以控制主(zhǔ)軸的轉(zhuǎn)速，模拟(nǐ)量一般為0v～10v 的電壓信(xìn)号(hào)。

圖1　變(biàn)頻器硬(yìng)件接(jiē)線圖

1.2變頻調速控制(zhì)梯形圖程(chéng)序

數控機(jī)床主軸(zhóu)正、反轉(zhuǎn)是通(tōng)過 pmc 梯(tī)形圖(tú)程序進(jìn)行(háng)控制(zhì)的，根(gēn)據主軸控(kòng)制方式(如模拟(nǐ)量控(kòng)制和串(chuàn)行(háng)控制(zhì)方式)的不(bú)同，其 pmc 梯形(xíng)圖程序也(yě)有所不同。圖(tú)2為配備 fanuc-0imatemd 數控(kòng)系統(tǒng)的亞龍559數(shù)控銑(xǐ)床的模拟(nǐ)量主軸(zhóu)控(kòng)制 pmc 梯(tī)形圖程序。為便(biàn)于分析識(shí)讀主軸控制 pmc 梯形圖(tú)程序，現将輸入(rù)、輸出進行(háng)說明，如表1所示(shì)。梯形圖(tú)程(chéng)序(xù)中，第一(yī)、二行表示(shì)通(tōng)過(guò)數控機床操作面闆上(shàng)的正反(fǎn)轉按鍵控制機(jī)床主(zhǔ)軸進(jìn)行正反轉;第三、四行(háng)表示利用(yòng)加工(gōng)編程程(chéng)序(xù)指令(lìng)控制(zhì)數(shù)控機床主軸進行正反(fǎn)轉;r0100.0中(zhōng)間(jiān)信号表示數控機床工(gōng)作方式(shì)選擇中(zhōng)的“手動”、“手輪”工作(zuò)方(fāng)式。觀(guān)察 pmc 梯(tī)形圖程序可知(zhī)，通過數控(kòng)機床(chuáng)操作(zuò)面闆上的(de)正反(fǎn)轉(zhuǎn)按(àn)鍵進(jìn)行主軸控制時(shí)，工作方式選(xuǎn)擇開關(guān)必須選擇(zé)“手動”或“手輪”工作方(fāng)式，使(shǐ) r0100.0 中間(jiān)信号為 1;rst信号為(wéi)複位(wèi)信号，其地址為(wéi) f1.1，通(tōng)過(guò)數控系統操作面闆(pǎn)上的複位(wèi)按鍵來實現系(xì)統複(fú)位操作;m19為(wéi)主軸(zhóu)準停信号，對于(yú)通用變頻(pín)調速而 言，該信号無實際意義(yì);串聯 于 程 序(xù) 中 的(de) x0002.4 與 x0002.7、m03 與m04常閉觸(chù)點構(gòu)成了正、反轉互鎖保護信(xìn)号，x0002.5與(yǔ) m05常閉(bì)觸點為停(tíng)止信号，當(dāng)手動(dòng)操作停(tíng)止或程序指令中遇到(dào) m05指令(lìng)時，pmc程序無(wú)輸出(chū)信号(hào)，主軸(zhóu)停止(zhǐ) 轉動;r0207.2、r0207.3、r0207.4、r0207.5 信(xìn)号(hào)為主軸正反轉(zhuǎn)的中間輸(shū)出信(xìn)号，将(jiāng)其(qí)常開觸點接至實際的(de)輸出(chū) y0005.5、y0005.6，即可實(shí)現(xiàn)電路(lù)中線圈的(de)實際控(kòng)制(zhì)。

圖(tú)2　數控銑(xǐ)床主軸控制

pmc梯形圖(tú)表(biǎo)1　輸入、輸出信(xìn)号及含義表1。

2.數控系統參(cān)數設置

主軸調(diào)速控制(zhì)系統在(zài)硬件接(jiē)線、pmc程序編輯完(wán)成(chéng)的情況下，還需正确(què)設置數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)與(yǔ)變(biàn)頻器(qì)參數(shù)才能保證(zhèng)主軸(zhóu)正(zhèng)确運轉(zhuǎn)。數控(kòng)系統(tǒng)參數(shù)設定時，一(yī)部分參數(shù)可以直接(jiē)查閱系(xì)統參數(shù)手冊直接設定(dìng)，但也(yě)有個别參數需(xū)要進(jìn)行計(jì)算後才(cái)能(néng)設定。

2.1設置(zhì)主軸控制(zhì)系統(tǒng)參數

fanuc-0imatemd系統采(cǎi)用模拟(nǐ)量主(zhǔ)軸控制方式(shì)時(shí)，除了增益調整(zhěng)參數3730、漂移調整3731兩個參數(shù)需要(yào)計(jì)算(suàn)後才(cái)能設(shè)定外，其餘參(cān)數(shù)設定如(rú)表(biǎo)2所示。

2.2　增益及(jí)漂(piāo)移參(cān)數的計算

fs-0id系統(tǒng)中(zhōng)參(cān)數3731為模拟(nǐ)量輸出時的漂移調整(zhěng)參(cān)數，其(qí)功能是(shì)改(gǎi)變s0轉(zhuǎn)速所(suǒ)對應的模(mó)拟量電壓輸出(chū)值，參數設定範(fàn)圍為 -1　024～1　024。在模(mó)拟量(liàng)控制(zhì)時，當(dāng)主軸(zhóu)轉速(sù)為(wéi)s0時，其對應(yīng)的(de)模拟量輸(shū)出電壓(yā)在理論上應(yīng)為0v，但(dàn)經萬(wàn)用表檢查發現(xiàn)實際輸出電壓(yā)通常大于或小(xiǎo)于0v，此時，則需設(shè)置3731參數，使(shǐ)輸出(chū)電壓盡(jìn)量接近(jìn)于0v。

3731參(cān)數(shù)設定值可按下(xià)式(shì)計算(suàn)：

表2　主軸控制(zhì)系統參數(shù)設置

fs-0id系(xì)統(tǒng)中參(cān)數(shù)3730為模拟量(liàng)輸出時的增益(yì)調整參數(shù)，該參(cān)數可改變較高主軸(zhóu)轉速smax所對應的(de)模拟(nǐ)量(liàng)輸(shū)出值(zhí)，并改變輸出電(diàn)壓和轉速的比(bǐ)例(lì)。參(cān)數3730以(yǐ) 百 分(fèn) 率 的 形(xíng) 式 設 定(dìng)，設 定 值 範 圍 為(wéi) 700～1　250，單位為0.1%。當設定(dìng)值為(wéi)1　000時，較(jiào)高轉速smax所對應的模(mó)拟量輸出為(wéi)10v。如果實際值大于(yú)或小于10v，可(kě)改變(biàn)3730參數(shù)調整增益(yì)值，使較高(gāo)轉速(sù)smax所對(duì)應的模拟(nǐ)量輸出盡量接(jiē)近于10v。3730參(cān)數設定(dìng)值可按下式計算：

本(běn)文(wén)數(shù)控機(jī)床配置 fanuc-0imatemd 系(xì)統，主軸為通用變頻(pín)調速系統(tǒng)。為了(le)優化(huà)主軸(zhóu)性能(néng)，必須計算(suàn)和設(shè)定漂移、增益調(diào)整參數。表3為漂移和增益參數(shù)設定前、後主軸在不同轉速時(shí)所對應(yīng)的頻(pín)率(lǜ)及實測電(diàn)壓值(zhí)。由表3可知(zhī)，當3730、3731參(cān)數設(shè)定值均為(wéi)0，主軸轉速為s0時(shí)，變頻器(qì)輸出頻(pín)率值為0，利用萬(wàn)用表(biǎo)實(shí)測輸出電壓為(wéi)-0.048v。先進行漂移參數計算(suàn)，可得漂移(yí)參數(shù)值3731=26，因為漂(piāo)移将同時(shí)影(yǐng)響較高轉速smax對(duì)應的輸出電壓。以表3為(wéi)例，即(jí)較高轉(zhuǎn)速(sù)為1　400r/min時(shí)實測(cè)的模(mó)拟量(liàng)輸出電壓(yā)為9.93v，包含了(le)-0.048v 的漂(piāo)移電(diàn)壓，所以在(zài)計算增益調整(zhěng)參數時，必須将(jiāng)漂移電(diàn)壓考慮(lǜ)進去再(zài)進(jìn)行增(zēng)益參(cān)數計(jì)算，較(jiào)終計(jì)算(suàn)得增(zēng)益(yì)參數值3730=1011。

表(biǎo)3　設置(zhì)增益及漂移參(cān)數

模拟量輸出(chū)的漂移特性曲(qǔ)線如圖3所示，調整(zhěng)漂移參(cān)數可(kě)改變轉速s0所對(duì)應的電壓輸出(chū)值，使特性曲線(xiàn)上下(xià)平(píng)移。本例(lì)中漂(piāo)移參(cān)數設(shè)定為0時，實測s0轉速對應電壓為(wéi)-0.048v，特性曲(qǔ)線為負(fù)向漂(piāo)移曲線。經(jīng)計(jì)算和(hé)設定漂(piāo)移參數後，再(zài)次(cì)實測漂移電壓為-0.002v，基本接近于(yú)0v，特性曲線基本(běn)接近(jìn)理想特性(xìng)曲線。

模拟量輸出增益調(diào)整特(tè)性曲線如圖4所(suǒ)示，調整增益參(cān)數(shù)可(kě)改變較大轉速(sù)所對應的(de)模拟量電壓輸出值(zhí)，使(shǐ)特(tè)性曲(qǔ)線的斜(xié)率(lǜ)發生(shēng)變(biàn)化。本(běn)例中增(zēng)益參數(shù)設(shè)定(dìng)為(wéi)0時，實測(cè)較(jiào)大轉(zhuǎn)速對應的電壓(yā)為9.93v，可(kě)見特(tè)性曲(qǔ)線為增益過小(xiǎo)。經計算、設定增(zēng)益參數(shù)後(hòu)，再次實測(cè)較(jiào)大轉速(sù)對應電壓變為10v，增(zēng)益特(tè)性變為(wéi)理想特(tè)性(xìng)曲線(xiàn)。

3.結語

本文(wén)詳細介紹了(le)數控機(jī)床主軸(zhóu)通(tōng)用變(biàn)頻(pín)調速方式的(de)硬件接線、pmc梯形(xíng)圖程(chéng)序(xù)設計及系統參數設定(dìng)方法。在(zài)完(wán)成主(zhǔ)軸控制功(gōng)能的(de)情況下(xià)，為(wéi)了使主軸(zhóu)系統性能(néng)達到理想(xiǎng)狀态，利用(yòng)萬(wàn)用(yòng)表對(duì)主軸不同(tóng)速度輸出時(shí)對應的模拟量電壓信(xìn)号進(jìn)行了(le)反複(fú)實測，并經過漂移、增(zēng)益調整參(cān)數的計(jì)算、設定(dìng)及實際測量，使(shǐ)主軸(zhóu)速度輸出(chū)特性(xìng)達到理想(xiǎng)狀(zhuàng)态。為廣(guǎng)大數(shù)控機床維修(xiū)維(wéi)護人員提(tí)供了(le)通俗易懂的變(biàn)頻主軸系統安裝、調(diào)試及(jí)維修(xiū)指導方法(fǎ)。