西安(ān)數控機床主軸控制系統根據機床性能(néng)一般有變頻控制與串行控制兩種方式，如經濟型數控機床(chuáng)主軸控制通常采用變(biàn)頻調速控制;數控銑、加(jiā)工中心主軸控制通常(cháng)采用交流主軸驅動器(qì)來實現主(zhǔ)軸串行控制。在生産實踐中，各廠(chǎng)家在數控機床主(zhǔ)軸控制配置上采取(qǔ)的策略都(dōu)是滿足使用要求情況下(xià)盡量降低配置。主軸采用通用變頻器調速時隻能進行簡單的速(sù)度控(kòng)制，它是利用數控系統輸出模拟量電壓作為變頻器速度控制信号，通過數控系(xì)統 PMC 程序(xù)為變頻器提(tí)供正(zhèng)反(fǎn)轉信号，從而控制電機(jī)實現正反轉。串行主軸控制指的是在主軸控(kòng)制系統中采用交流主軸驅動(dòng)器來(lái)實現主軸控制的方式，如 FANUC-0iC/D 系 統 一(yī) 般(bān) 配 置(zhì) 專 用 的FANUC交流伺服驅動器及伺(sì)服電(diàn)機實現主軸串行控制。串行主(zhǔ)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、定位和 Cs軸等位置控(kòng)制功能。對比這兩種主軸控制方式可見，串行(háng)主軸控制方式較(jiào)通用變頻器主軸控制方式 功能強大、配置(zhì)高(gāo)。由于交流主軸驅動器及配(pèi)套的專用電機成本較高(gāo)，因此造成了數控機床整機成本也(yě)相對較高。生産實際中，很多經濟型數控機床主軸都采用通用變頻器調速或專用變頻器調速方式，以降低成(chéng)本。本文主(zhǔ)要介紹主軸采用通用變頻器調速方式時的調試方法(fǎ)。

1.數控機床主軸通用變(biàn)頻調速控制(zhì)

數控機床主軸采用(yòng)通用變頻調速控制(zhì)方式時，典型的硬件配置為數(shù)控裝置、通用變頻器及普通三相異步電動機。在主(zhǔ)軸(zhóu)調試時，首先應正(zhèng)确完成變頻器與電機及數控(kòng)裝置的硬件接線;其次是完成主(zhǔ)軸控制PMC梯形圖程序的設計及輸入。主軸的(de)速度控制通過數(shù)控系統(tǒng)的模拟量(liàng)輸(shū)出電壓實現，正(zhèng)反轉控制通過PMC程(chéng)序來(lái)實現。

1.1變頻調速控制硬件接線圖

本文以配備 FANUC-0imateMD 系統的亞龍559數控裝調實訓設備為(wéi)例來進行介紹。其主(zhǔ)軸采用通用變頻器調速控制，選用的變頻器型号為歐姆(mǔ)龍(lóng)G3JZ，其硬件接線如(rú)圖1所示。變頻器(qì)的 U、V、W 端子(zǐ)直接接三相異步電(diàn)動(dòng)機(jī)。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(guò)中間繼電器 KA5、KA6 的 常開觸點接 至 公共端子SC，KA5、KA6常開觸點不能同時閉合，它們分别(bié)控制電機正、反轉。A1、AC 端子接(jiē)至數控系統的JA40接口，接收來自數控系(xì)統的模拟量(liàng)信号以控制主軸的轉速，模拟量一般為0V～10V 的電壓信(xìn)号。

圖1　變頻器硬件接線圖

1.2變(biàn)頻調速控制(zhì)梯形圖程序

數控機床主軸正(zhèng)、反轉是通過 PMC 梯形圖程序進行控制的，根據主軸控(kòng)制方式(shì)(如(rú)模拟量(liàng)控制和串行控制方(fāng)式)的不(bú)同，其 PMC 梯形圖程序也有所不(bú)同。圖2為配備(bèi) FANUC-0imateMD 數控系統的亞(yà)龍559數控銑床的模拟量主(zhǔ)軸控制 PMC 梯(tī)形圖程序。為便(biàn)于分析識讀主軸(zhóu)控制 PMC 梯形圖(tú)程(chéng)序，現将輸入(rù)、輸出進行說明，如表1所示。梯形圖程序中(zhōng)，第(dì)一、二行表示通過數控機床操作(zuò)面闆上的正反(fǎn)轉按鍵控制機(jī)床主軸進行正反轉;第(dì)三、四行表示利用加工編程程序指令控制數控(kòng)機床主軸進行正反(fǎn)轉;R0100.0中間信号表示數控(kòng)機床工作方式選擇中(zhōng)的“手動”、“手輪”工作方式。觀察 PMC 梯形圖程序可知，通過數控機(jī)床操作面闆上的(de)正反轉按鍵進行主軸控制時，工作方式選擇開關(guān)必須選擇“手動”或“手輪”工(gōng)作方式，使 R0100.0 中間信号為 1;RST信号為複位信号，其地址為 F1.1，通過數控系統操作面闆上的複位按鍵來(lái)實現系統複位操作;M19為主軸準停信号，對于(yú)通用變頻調速而 言，該信号無實(shí)際(jì)意義;串聯 于 程 序 中 的 X0002.4 與 X0002.7、M03 與M04常閉觸點構成了正、反轉互(hù)鎖保護信号，X0002.5與(yǔ) M05常閉觸點為停止信号，當手動操作停止或程序指令中遇到 M05指令時，PMC程序無輸出信号，主軸停止 轉動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信号為主軸正反轉的中間輸出信(xìn)号，将其常開觸點接至實際的輸出 Y0005.5、Y0005.6，即可(kě)實現電路中線圈的實際控制。

圖2　數控銑床主軸控制

PMC梯形圖(tú)表1　輸入、輸(shū)出信号及含義表1。

2.數控系統參數設置

主軸調速控制系統在硬(yìng)件接線、PMC程序編輯完成的情況下，還需正确設置數控系(xì)統參數(shù)與變頻器參數才能保證主軸正确運轉。數控(kòng)系統參數(shù)設定時，一部分參數可以直接(jiē)查閱系統參數手冊直接設定，但也有個别參數需要進行計算後(hòu)才能設定。

2.1設置主軸控制(zhì)系統參數

FANUC-0imateMD系統采用模拟量主軸控制方式時(shí)，除了增益調整參數3730、漂移調整3731兩個參數需要計算後才能設定外，其餘參數(shù)設定如(rú)表2所示。

2.2　增益及漂移參(cān)數的(de)計算

FS-0iD系統中參數3731為模拟量輸出時(shí)的漂移調整參數，其功能是改(gǎi)變S0轉速所(suǒ)對應的(de)模拟量電壓輸出值，參數設定範圍為 -1　024～1　024。在模拟量控制(zhì)時，當主軸轉速為S0時，其對應的模拟量輸出電壓在理論上應為0V，但經萬(wàn)用表檢(jiǎn)查發現實際輸出電壓通常大(dà)于(yú)或小于0V，此(cǐ)時，則需設置3731參數，使輸出電壓盡(jìn)量接近于0V。

3731參數設定值(zhí)可按(àn)下式計算(suàn)：

表2　主軸控制系統參(cān)數設置

FS-0iD系統中參數3730為模拟量輸出時的增益調整(zhěng)參數(shù)，該參數可改變較(jiào)高主軸(zhóu)轉速Smax所對應的模拟量輸出值，并改變(biàn)輸出電壓和轉速的比例。參數3730以 百 分 率(lǜ) 的 形 式 設 定，設 定 值 範(fàn) 圍 為 700～1　250，單位為0.1%。當設定值為1　000時(shí)，較高(gāo)轉速Smax所(suǒ)對(duì)應的模(mó)拟量輸出(chū)為10V。如果實際(jì)值大于或小于10V，可改變3730參數調整增益(yì)值，使較高(gāo)轉速Smax所對應(yīng)的模拟量輸出盡量接近于(yú)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，主軸為通用變頻調速系統(tǒng)。為了優化主軸性能(néng)，必須計算(suàn)和設定(dìng)漂移、增益調整參(cān)數(shù)。表3為(wéi)漂移和增(zēng)益參數設定前、後主軸(zhóu)在不同轉速時所對應的頻率及(jí)實(shí)測電壓值(zhí)。由表3可知，當3730、3731參數設(shè)定值均為0，主軸轉速為S0時，變頻器輸出頻率值為0，利用萬用表實測輸出電壓為-0.048V。先進行漂移參數計算(suàn)，可得漂移參數值3731=26，因(yīn)為漂移将(jiāng)同時影響(xiǎng)較高轉速Smax對應的輸出電壓。以表3為例，即較高轉速(sù)為1　400r/min時實測的模拟量(liàng)輸出電壓為9.93V，包含了-0.048V 的漂移電壓，所(suǒ)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)益參數計算，較終計算得增益參數(shù)值3730=1011。

表3　設置增(zēng)益(yì)及漂移參(cān)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(suǒ)對應的電壓輸出(chū)值，使特性曲線(xiàn)上下平移。本例中漂移參數設定為0時，實測S0轉速對應電壓為-0.048V，特性(xìng)曲線為負(fù)向漂(piāo)移曲線。經計算和設定漂移參數後，再次實測漂移電壓為-0.002V，基本接(jiē)近于0V，特性曲線基本接近理想特性(xìng)曲線。

模拟量輸出增(zēng)益調整特性曲線如圖4所示，調整(zhěng)增益參數可改變較大轉速所對應的模拟量(liàng)電(diàn)壓輸出值，使特性曲(qǔ)線的斜率發生變化(huà)。本例中增益參數設定為0時，實(shí)測較大轉速對應的電壓為9.93V，可(kě)見特性曲(qǔ)線為增益(yì)過小。經計算、設定增益(yì)參(cān)數後，再次實測較大轉速對應(yīng)電壓變為10V，增益特性變為理想特性曲線。

3.結語

本(běn)文詳細介紹了數(shù)控機床主軸通用變(biàn)頻調速(sù)方式的硬件接線、PMC梯形圖程序設計及系統參數設定方法。在完成主軸控制功能的情況下，為了使主軸系統性能達到理想(xiǎng)狀态，利用萬用表對主軸不同速度輸出時對應的(de)模拟量電壓信号進(jìn)行了反複實測，并(bìng)經(jīng)過漂移、增益調(diào)整參數的計算、設定及實(shí)際測量，使主軸速度(dù)輸出特(tè)性達到理想(xiǎng)狀态。為廣大數控機床維修維護人員提(tí)供了通俗易懂的變(biàn)頻主軸系統安(ān)裝、調試及維修指導方法(fǎ)。