0 引言

　　主軸是機床上帶動工件或刀具運動的軸，主軸控制的效果將直接影響零件的加工精度。模擬主軸控制是指數(shù)控系統(tǒng)輸出模擬電壓控制主軸，主軸由調速器控制的主軸電機驅動( 常用的調速器是變頻器、主軸電機是三相異步電動機) ，可以實現(xiàn)數(shù)控機床主軸的啟停、正反轉以及調速控制?；?FANUC數(shù)控系統(tǒng)的主軸控制主要有模擬主軸控制和串行主軸控制兩種類型。模擬主軸系統(tǒng)的結構如圖 1 所示。串行主軸控制是指數(shù)控系統(tǒng)輸出串行數(shù)據(jù)控制主軸，主軸通常由伺服驅動器控制的伺服電機驅動。模擬主軸控制經(jīng)濟實用、調試方便，在中低檔的數(shù)控機床中廣泛使用。

圖 1 模擬主軸系統(tǒng)結構示意圖

1 模擬主軸系統(tǒng)的組成

　　基于 FANUC 數(shù)控系統(tǒng)的模擬主軸控制系統(tǒng)的氣原理圖如圖 2 所示。其中，F(xiàn)ANUC 0i-C 數(shù)控系統(tǒng)的 JA40 接口輸出 0 ～ 10 V 模擬電壓; 三菱 E700變頻器的 2、5 端子接收 JA40 接口輸出的模擬電壓信號，STF、STR 端子接收 JD1A 接口輸出的轉向信號; 主軸編碼器 PG 的反饋信號輸入 JA7A 接口。

圖 2 模擬主軸控制電氣原理圖

2 模擬主軸的調試

　　從系統(tǒng)組成的角度，數(shù)控機床模擬主軸的調試包括 CNC 中有關主軸的參數(shù)與信號的調試，以及變頻器本身的參數(shù)與信號的調試。調試的目的是保證數(shù)控系統(tǒng)能夠根據(jù)指令發(fā)出正確的模擬電壓信號，經(jīng)過變頻器調速后驅動主軸正確運行。

　　2.1 CNC 調試

　　CNC 調試時，主要是根據(jù)不同的控制要求，設置一些參數(shù)，將控制要求反映到主軸轉速的模擬量輸出上，使之與控制要求一一對應。以基于 FANUC數(shù)控系統(tǒng)的某數(shù)控車床的模擬主軸控制為例，CNC的轉速指令輸出極限( 模擬量) 為 10 V，檔位 1 ～ 3對應的最高轉速分別為 1 000 r/min、2 000 r/min、4000 r / min，CNC 上設定的主軸參數(shù)如表 1 所示。設置 CNC 參數(shù)時，注意要先打開“參數(shù)寫入”功能，所有參數(shù)的設置完成后，要關閉“參數(shù)寫入”功能。

表 1 CNC 相關主軸參數(shù)

　　當主軸采用模擬量輸出時，由于溫度、元器件特性的變化，可能會導致實際主軸轉速和編程指令轉速之間存在較大的誤差。

　　這類偏差包括零點漂移和增益偏差，零點漂移是指編程指令轉速為 0 時，CNC 輸出的模擬量電壓≠0 V; 增益偏差是指編程指令轉速為最大值時，CNC 輸出的模擬量電壓≠10V。在表 1 的參數(shù)設定完畢后，可以通過參數(shù) 3731和 3730 進行調整。調整的方法和步驟是: ①測量CNC 輸出的模擬量電壓。進入 MDI 方式，輸入M03S0 指令，用萬用表測得變頻器 2、5 端子上的電壓為 －0． 15 V; 再輸入 M03S4000 指令，測得 2、5 端子上的電壓為 10 V，將數(shù)據(jù)記錄在表 2 中; ②計算參數(shù) 3731 和 3730 的調整值。根據(jù)公式，計算調整值 No．3731=0.15100× 216= 98; No．3730 =10/10 － ( － 0． 15)× 1000 = 985; ③ 設定參數(shù) 3731 和3730。將 3731 和 3730 的調整值 98，985 分別輸入CNC 系統(tǒng)并使之生效; ④驗證 CNC 輸出的模擬量電壓。重復步驟①的操作，分別測量 0 轉速和最高轉速時的模擬量電壓，測得的數(shù)據(jù)如表 2 所示，調整成功。在測量模擬量電壓時，需要注意 2、5 端子的正負極性，萬用表的表筆是紅對 2，黑對 5。另外，CNC參數(shù)設置完成后，注意做好數(shù)據(jù)備份工作，以便不時之需。

表 2 增益偏差與零點漂移設置前后的實驗數(shù)據(jù)

　　2.2 變頻器調試

　　變頻器調試時，需要將 CNC 輸入的模擬量轉換為主軸電動機的實際轉速。變頻器需要進行速度控制系統(tǒng)的速度和電流等調節(jié)器參數(shù)、電流、功率、上下限頻率、加減速時間等的設定與調整，從而使得主軸的實際輸出轉速與來自 CNC 的模擬量保持一一對應的關系。以三菱 E700 變頻器為例，變頻器主要參數(shù)的設定如表 3 所示。對于其他品牌的通用變頻器，設置內容大體相同。

表 3 變頻器相關參數(shù)

3 模擬主軸的運行

　　完成上述調試后，首先進入 FANUC 0i-C 數(shù)控系統(tǒng) MDI 方式，在程序界面輸入M03S1000; 指令，主軸電動機以 1 000 r/min 的轉速正轉; 輸入M04S1000; 指令，主軸電動機以 1 000 r/min 的轉速反轉; 輸入M05;指令，主軸電動機停止運行。然后進入手動方式，按下操作面板區(qū)的主軸正轉、主軸反轉和主軸停止按鈕，主軸均能正確動作。值得注意的是，F(xiàn)ANUC 數(shù)控系統(tǒng)進行主軸運行調試時，必須先在 MDI 方式下運行，通過 S 指令給定 CNC 一個轉速后，才能在手動方式下運行。

4 結束語

　　隨著我國機械制造業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)控加工技術已經(jīng)日趨成熟，但是數(shù)控機床調試與維修方面的人才比較缺乏。主軸控制系統(tǒng)的調試是數(shù)控機床調試中的重點，當出現(xiàn)輸入 S 指令和主軸實際轉速不一致、零件加工誤差偏大等情況時，都需要進行主軸調試。本文主要闡述了模擬主軸控制系統(tǒng)的硬件組成和調試方法，在調試過程中可以多總結、多積累經(jīng)驗，進一步提高調試與維修技能。