基于FANUC数控系统的模拟主轴的参数设置与调试

唐 静

(常州信息职业技术学院机电工程学院 江苏常州 213164)

0 引言

主轴是机床上带动工件或刀具运动的轴，主轴控制的效果将直接影响零件的加工精度。模拟主轴控制是指数控系统输出模拟电压控制主轴，主轴由调速器控制的主轴电机驱动(常用的调速器是变频器、主轴电机是三相异步电动机)，可以实现数控机床主轴的启停、正反转以及调速控制。基于FANUC数控系统的主轴控制主要有模拟主轴控制和串行主轴控制两种类型。模拟主轴系统的结构如图1所示。串行主轴控制是指数控系统输出串行数据控制主轴，主轴通常由伺服驱动器控制的伺服电机驱动。模拟主轴控制经济实用、调试方便，在中低档的数控机床中广泛使用［1］。

图1 模拟主轴系统结构示意图

1 模拟主轴系统的组成

基于FANUC数控系统的模拟主轴控制系统的电气原理图如图2所示。其中，FANUC 0i-C数控系统的JA40接口输出0～10 V模拟电压;三菱E700变频器的2、5端子接收JA40接口输出的模拟电压信号，STF、STR端子接收JD1A接口输出的转向信号;主轴编码器PG的反馈信号输入JA7A接口。

图2 模拟主轴控制电气原理图

2 模拟主轴的调试

从系统组成的角度，数控机床模拟主轴的调试包括CNC中有关主轴的参数与信号的调试，以及变频器本身的参数与信号的调试。调试的目的是保证数控系统能够根据指令发出正确的模拟电压信号，经过变频器调速后驱动主轴正确运行。

2.1 CNC 调试

CNC调试时，主要是根据不同的控制要求，设置一些参数，将控制要求反映到主轴转速的模拟量输出上，使之与控制要求一一对应。以基于FANUC数控系统的某数控车床的模拟主轴控制为例，CNC的转速指令输出极限(模拟量)为10 V，档位1～3对应的最高转速分别为1 000 r/min、2 000 r/min、4 000 r/min，CNC上设定的主轴参数如表1所示。设置CNC参数时，注意要先打开“参数写入”功能，所有参数的设置完成后，要关闭“参数写入”功能。

表1 CNC相关主轴参数

当主轴采用模拟量输出时，由于温度、元器件特性的变化，可能会导致实际主轴转速和编程指令转速之间存在较大的误差。［2］这类偏差包括零点漂移和增益偏差，零点漂移是指编程指令转速为0时，CNC输出的模拟量电压≠0 V;增益偏差是指编程指令转速为最大值时，CNC输出的模拟量电压≠10 V。在表1的参数设定完毕后，可以通过参数3731和3730进行调整。调整的方法和步骤是:①测量CNC输出的模拟量电压。进入 MDI方式，输入M03S0指令，用万用表测得变频器2、5端子上的电压为－0.15 V;再输入 M03S4000指令，测得2、5端子上的电压为10 V，将数据记录在表2中;②计算参数3731和3730的调整值。根据公式，计算调整值3730。将3731和3730的调整值98，985分别输入CNC系统并使之生效;④验证CNC输出的模拟量电压。重复步骤①的操作，分别测量0转速和最高转速时的模拟量电压，测得的数据如表2所示，调整成功。在测量模拟量电压时，需要注意2、5端子的正负极性，万用表的表笔是红对2，黑对5。另外，CNC参数设置完成后，注意做好数据备份工作，以便不时之需。

表2增益偏差与零点漂移设置前后的实验数据

2.2 变频器调试

变频器调试时，需要将CNC输入的模拟量转换为主轴电动机的实际转速。变频器需要进行速度控制系统的速度和电流等调节器参数、电流、功率、上下限频率、加减速时间等的设定与调整，从而使得主轴的实际输出转速与来自CNC的模拟量保持一一对应的关系。以三菱E700变频器为例，变频器主要参数的设定如表3所示。对于其他品牌的通用变频器，设置内容大体相同。

表3 变频器相关参数

3 模拟主轴的运行

完成上述调试后，首先进入FANUC 0i-C数控系统 MDI方式，在程序界面输入“M03S1000;”指令，主轴电动机以1 000 r/min的转速正转;输入“M04S1000;”指令，主轴电动机以1 000 r/min的转速反转;输入“M05;”指令，主轴电动机停止运行。然后进入手动方式，按下操作面板区的“主轴正转”、“主轴反转”和“主轴停止”按钮，主轴均能正确动作。值得注意的是，FANUC数控系统进行主轴运行调试时，必须先在MDI方式下运行，通过S指令给定CNC一个转速后，才能在手动方式下运行。

4 结束语

随着我国机械制造业的快速发展，数控加工技术已经日趋成熟，但是数控机床调试与维修方面的人才比较缺乏。主轴控制系统的调试是数控机床调试中的重点，当出现输入S指令和主轴实际转速不一致、零件加工误差偏大等情况时，都需要进行主轴调试。本文主要阐述了模拟主轴控制系统的硬件组成和调试方法，在调试过程中可以多总结、多积累经验，进一步提高调试与维修技能。

［1］ 罗庚合.基于变频调速的模拟主轴调试与故障分析［J］.装备制造，2013(1):67-71.

［2］ 龚仲华.FANUC-0iC数控系统完全实用手册［M］.北京:人民邮电出版社，2009:4-18.

［3］ 宋健.数控机床模拟主轴控制系统设计与分析［J］.制造业自动化，2010(3):166-168.