西（xī）安數控機床（chuáng）主軸控製係統根據機床（chuáng）性能（néng）一般有（yǒu）變頻控製與串行控製兩種方式，如（rú）經濟型數（shù）控機床主軸控製（zhì）通常采用變頻調速控製;數控銑、加工（gōng）中心主（zhǔ）軸控製通常采（cǎi）用交流主軸驅動器來實現主軸串行控製（zhì）。在生產實踐中，各廠家在數控機床主軸（zhóu）控製配置上采取的策略都是滿足使用要求情況下盡量降低配置。主軸采用通用（yòng）變頻器（qì）調速時隻能進行簡單的速度控製，它是（shì）利用數控係統（tǒng）輸出模擬量電（diàn）壓作為變頻器速度控製信號，通過數控係統 PMC 程序為變（biàn）頻器提供正反轉信（xìn）號（hào），從而控製電機實現正反轉。串行主軸控製指的是在主軸控製係統中采用交流主軸（zhóu）驅動器來實現主軸控製的方式，如 FANUC-0iC/D 係 統 一（yī） 般 配 置 專 用 的FANUC交流伺（sì）服驅動（dòng）器及伺服電機實現主軸串行控製。串行主軸不（bú）僅能較好地實現速度控製，而且可通過 CNC實現主（zhǔ）軸定向準停、定位和 Cs軸等位置控製功能。對比這兩種主（zhǔ）軸控製方式（shì）可見，串行主軸控製方式較通用變頻器主軸控製方式 功能強大（dà）、配置高。由於交流主軸驅動器及配套的專用電機成本（běn）較高，因此造成了（le）數控機（jī）床整機成本也相（xiàng）對較高。生（shēng）產實際（jì）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（shì），以降低成本。本文主要介紹主軸采用通用變頻器調速方式時的調試方法。

1.數控機（jī）床主軸通用變頻調速（sù）控（kòng）製

數控（kòng）機床主（zhǔ）軸采用通用變頻調速控製方式時，典型的硬件配置（zhì）為數控裝置、通用（yòng）變頻（pín）器及普通三相異步電動機。在主軸調試（shì）時，首先應正確完成變頻器（qì）與電機及數控裝置的硬件接線;其次是完成主軸控製PMC梯形圖程序的設計及輸入。主軸的速度控製通過數控係統的模擬量輸出電壓實（shí）現，正反轉控製通過PMC程序來實現。

1.1變頻調速控製硬件接線圖

本文以配備 FANUC-0imateMD 係統的亞龍559數控裝調實訓設備為例來進行介紹。其主軸采用通用變頻器調速控製，選用的（de）變頻器型號為歐姆（mǔ）龍G3JZ，其硬件接線如圖1所（suǒ）示（shì）。變頻器的 U、V、W 端子直接接（jiē）三相異步電動機。L1、L2、L3 端 子 經 交 流 接 觸 器KM、低壓斷路器 QF4接（jiē）入電源。S1、S2端（duān）子分別通過中間繼（jì）電器 KA5、KA6 的 常開觸點（diǎn）接 至 公共端（duān）子SC，KA5、KA6常開觸（chù）點不能同時閉合，它們分別控製（zhì）電機正、反轉。A1、AC 端子（zǐ）接至數控係（xì）統的（de）JA40接口，接收來自數控係統的模擬量信號以控製主軸的轉速，模擬量一般為0V～10V 的（de）電壓信號。

圖1　變頻器硬件接線圖

1.2變頻調（diào）速控製梯（tī）形圖程序

數控機床主軸正（zhèng）、反轉是通過 PMC 梯形（xíng）圖程（chéng）序進行控製的，根據主軸控製方（fāng）式(如模（mó）擬量控製和串行控（kòng）製方式)的不同（tóng），其 PMC 梯形圖程序也有所不同。圖2為配備 FANUC-0imateMD 數控係統（tǒng）的亞（yà）龍559數控銑床的模擬量主軸控製 PMC 梯形圖程序。為便於分析識讀主（zhǔ）軸控製 PMC 梯形圖程序，現將輸入、輸出進行說明（míng），如表1所示。梯形圖程序中，第一、二行表示通過數控機床操作麵板上的正反（fǎn）轉（zhuǎn）按鍵控（kòng）製機床（chuáng）主軸進行正反轉;第三、四行表示利用加工編程（chéng）程序指令控製數控機床主軸進行正反轉（zhuǎn）;R0100.0中間信號表（biǎo）示（shì）數控機床工作方式選擇中的“手動”、“手輪”工作方式。觀察 PMC 梯形圖程（chéng）序可知，通過數控機床操作麵（miàn）板上的正反轉按鍵進行主軸控製時，工作（zuò）方式選擇開關必須選擇“手動”或“手輪”工作（zuò）方式，使 R0100.0 中間信號為 1;RST信號為複位信號，其地址為（wéi） F1.1，通過數控係統操（cāo）作麵板上的複位按鍵來實現係統複位操作;M19為主軸（zhóu）準停信號，對於通用（yòng）變頻調速（sù）而 言，該信號無實際意義;串聯 於 程 序 中 的 X0002.4 與 X0002.7、M03 與M04常閉觸點構成（chéng）了正、反轉互鎖保護信號，X0002.5與 M05常閉觸點為停止信號，當手動操作停止或程序指令（lìng）中遇到 M05指令時（shí），PMC程序無輸出信號，主軸停止 轉動;R0207.2、R0207.3、R0207.4、R0207.5 信號為主軸正反轉的中間輸出信號，將其常開觸（chù）點接至實際（jì）的輸出 Y0005.5、Y0005.6，即可實現電路中線圈（quān）的實際控製。

圖2　數控銑床主軸控製

PMC梯形圖表1　輸入、輸出信號及含義表1。

2.數控係（xì）統參數設置

主軸調速控製係統在硬件接線、PMC程序編輯完成的情況下（xià），還需正確設置數控係統參數與變頻器參數才能保證主軸正確運轉。數控係統參數設定時，一部分參（cān）數可以直接查閱係統參（cān）數手冊（cè）直接設定（dìng），但也有個別參數需要進行（háng）計算後才能設定。

2.1設置主軸控（kòng）製係（xì）統參數

FANUC-0imateMD係統采用模擬量主軸（zhóu）控（kòng）製方式時，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（yú）參數設（shè）定如表2所示。

2.2　增益及漂（piāo）移參數的計算

FS-0iD係統中參數3731為模（mó）擬量（liàng）輸出時的漂（piāo）移調整參數，其功能是改變S0轉速（sù）所對應的模擬量電壓輸出值，參（cān）數設定範圍為 -1　024～1　024。在模（mó）擬量控製時，當主軸轉速為S0時，其對應的模擬量輸出電壓在理論上（shàng）應為0V，但經萬用（yòng）表檢查發現實際輸出電壓（yā）通常大於或小（xiǎo）於0V，此時，則需設置3731參數，使輸出電（diàn）壓盡量接近於0V。

3731參數設定（dìng）值可按下式（shì）計算：

表（biǎo）2　主軸控（kòng）製係統參數設置（zhì）

FS-0iD係統中參數（shù）3730為（wéi）模擬量（liàng）輸出時的增益調整參數，該參數可改變較（jiào）高主（zhǔ）軸轉速Smax所（suǒ）對應（yīng）的模擬量輸出值，並改（gǎi）變輸出電壓和轉速的比例。參數3730以 百 分 率 的 形 式 設 定（dìng），設 定 值 範 圍 為 700～1　250，單位為（wéi）0.1%。當設定值為1　000時，較高轉速Smax所對應的模擬量輸出為10V。如果實際值大於或小於10V，可改變3730參數調整增益值（zhí），使較高轉速Smax所對應的模（mó）擬量輸出盡量接近於10V。3730參數設定值可按下式計算：

本文數（shù）控機床配（pèi）置 FANUC-0imateMD 係統，主軸為通用變頻調速係統。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為漂（piāo）移和增益參（cān）數設定前、後主軸在不同轉速時所對應的頻率及實測電壓值（zhí）。由表3可知，當3730、3731參數設定值均為0，主軸轉速為S0時，變頻器輸出頻率值為（wéi）0，利用萬用表實測輸出電壓為-0.048V。先（xiān）進行漂移參數計算，可得漂移參數值3731=26，因為漂移將同時影響較高轉速Smax對應的輸出電壓。以（yǐ）表3為例，即較高轉速為1　400r/min時（shí）實測（cè）的（de）模擬量（liàng）輸出電（diàn）壓為9.93V，包含了-0.048V 的漂（piāo）移（yí）電壓（yā），所以在計（jì）算增益調整參數時（shí），必（bì）須將漂移電壓考慮進去再進行增益參數計算，較終計（jì）算得（dé）增益參（cān）數值3730=1011。

表3　設置增益及漂移參（cān）數

模擬量輸出的漂（piāo）移特性曲線如圖3所示，調整漂移參數可改變轉速S0所對應的（de）電壓輸出（chū）值，使特性曲線上下平移。本例（lì）中漂移參數設定為0時，實測S0轉速對應電壓為-0.048V，特性曲（qǔ）線為負向漂移曲（qǔ）線。經計算和設（shè）定漂移參數（shù）後，再（zài）次實測漂移電壓為-0.002V，基本接近於0V，特性曲線基本接近理（lǐ）想特性曲線。

模擬量輸出增益調整特性曲線如圖4所（suǒ）示，調整增益參數可改變較大轉速所（suǒ）對應的模擬（nǐ）量電壓（yā）輸出值，使特（tè）性曲線的斜率發生（shēng）變化。本例中增益參數設定為0時，實測較大轉（zhuǎn）速對應的電壓為9.93V，可見特性曲（qǔ）線為增益過小。經計（jì）算、設定增益參數後，再次實測（cè）較大轉速對應電壓變為10V，增益特性變為理想特性曲線。

3.結語

本文詳細介紹了數控機床主軸通用變頻調速方式的硬件接線、PMC梯形圖程序（xù）設計及（jí）係統參數設定方法。在完成主軸控製功能的情況下，為了使主軸係統性能達到理想狀態，利用萬用表對主軸不同速度輸出時對應的模擬（nǐ）量電壓信號進行了反複實測，並經過漂移、增益（yì）調整參數的計算、設定（dìng）及實際測量，使主軸速度輸出特性達到理想狀態。為廣大數控（kòng）機床（chuáng）維修維護（hù）人員提供了通俗（sú）易懂（dǒng）的變頻主軸係（xì）統安裝、調試及維修指導方法。