李利軍 郭志強 張 超

(①安陽技師學院，河南 安陽455000;②安陽鑫盛機床股份有限公司，河南 安陽455000)

隨著電氣傳動技術(變頻調速技術、電動機矢量控制技術等)的迅速發(fā)展，高速數控機床主傳動系統的機械結構已有了較大的簡化，基本上取消了帶輪傳動和齒輪傳動，機床主軸由內裝式電動機直接驅動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，即“零傳動”。這種主軸電動機與機床主軸“合二為一”的傳動結構形式，使主軸部件從機床的傳動系統和整體結構中獨立出來，做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”(Electric Spindle，Motor Spindle)，可由專業(yè)廠家生產。電主軸與系統配合時的調試比較復雜。本文介紹第三方電主軸在FANUC 0i TD 系統上的調試過程和遇到的問題及解決方法。所謂第三方，既非FANUC 系統廠家，也不是機床廠家的一方。

1 調試過程

調試過程包括硬件連接與參數調試兩個方面。

1.1 硬件連接

硬件連接主要有動力線和編碼器反饋兩方面。編碼器的反饋中先檢查安裝，再確認型號(此次為HEIDENHAIN ERM280 1024 線1vpp);反饋線的接法(接JYA2 口):沒有溫度檢測器時，短接THR1 和THR2，否則產生SP9001 報警。編碼器的反饋線如圖1 所示。

同時，編碼器反饋的A/B 信號的接法將會影響主軸的旋轉方向。如果PMC 的G70.5 接通的情況下，主軸反轉，可以設定參數3706#6 和#7 分別為0 和1;也可以改變A/B 信號的接法，同時修改動力線相序。

圖1 編碼器的反饋線

關于動力線的相序問題，由于第三方電主軸沒有明確規(guī)定三相電源順序，所以初始化后，需要給定指令旋轉主軸，以確定三相電源的正確接線。如果相序有問題，主軸會左右擺動。

1.2 主軸參數初始化及設定

由于是單線圈繞組，起先使用300(參數4133)進行主軸電動機的初始化。初始化后，主軸電動機側應該沒有任何報警，此時主軸不旋轉。再根據主軸廠家提供電動機的物理參數，使用FANUC 提供的軟件進行計算，得出主軸缺失的相應參數，手動輸入即可。

1.3 編碼器相應參數設定

如果只有一個電動機編碼器的反饋，參數4002#0為1;如果還有其他的編碼器，根據其類型進行設定。

對于參數4010 的設定如圖2 所示。

圖2 參數4010 的設定

根據上述兩種設定，主軸速度控制都正常，但是定向控制時，卻出現SP9081 報警(電動機一轉信號顯示錯誤)。分析其主要原因是和反饋的Z 相信號的類型有關。使用JYA2 口的定向Z 相信號如圖3 所示。

圖3 Z 相信號

使用ERM280 的信號如圖4 所示。

經過多次試驗，當Z 相位為此類信號時，參數4010#3#2#1 設定為111，速度和定向都正常。同時，還進行了Cs 軸控制測試，也正常。

1.4 主軸的電流環(huán)增益參數調整

根據第三方主軸電動機的電流增益調試步驟，對電流的比例增益和積分增益進行調整。調整結果如圖5 所示。比例增益參數4104 =12 600，積分增益參數4106 =25 000。

1.5 加減速參數調整

根據第三方主軸電動機的調整手冊，調整參數4080L 和參數4080H 即可解決主軸顫動問題。

圖4 Z 相為峰值信號

圖5 電流環(huán)增益參數調整

此次在調試過程中，起先的調試過程比較順利，主軸的速度控制、定向和Cs 軸控制都經過了測試，一切正常。但是在進行電流環(huán)的增益調整時，出現轉速不穩(wěn)定現象，在給定轉速1 000 r/min 時，主軸速度在1 000 r/min左右顫動，幅度在40 r/min 左右。此時，采用以下步驟進行調試:

(1)對參數進行檢查。進行相關調整后沒有任何效果。接著對主軸參數進行了全清，并再次初始化，還是沒有效果。

(2)檢查硬件方面。現場正好有兩套硬件設備，對第三方電主軸、主軸放大器、電源放大器、系統都進行了更換，仍然沒有效果。

(3)經過多方面的測試和問題分析，出現此現象的原因主要集中到參數不匹配、編碼器的反饋異常、第三方主軸電動機這幾方面的問題。

(4)參數方面，對可能引起問題的參數(速度環(huán)增益、電流環(huán)增益等)經過了不斷調試，沒有效果，只對控制電流產生一定的影響。

(5)考慮編碼器反饋，這時測試主軸編碼器的反饋A/B 信號。由于指令主軸速度時，主軸速度顫動，編碼器的反饋波動較嚴重，所以分析究竟是由于控制電流的不穩(wěn)定引起速度顫動，從而導致編碼器的反饋波動，還是由于編碼器的反饋問題導致控制電流的波動。

所以在測試編碼器反饋波形時，用手動旋轉主軸來測試，測試效果如圖6a 所示。

圖6 編碼器的波形

與正常設備中測試的FANUC ais 編碼器的反饋波形對比發(fā)現，速度從0 開始時是正常的，但是在速度上升后，有些差距。從理論分析，速度的快慢只會引起正弦波頻率變化，而幅度變化應該不大，如圖6b 所示?，F場主軸100 r/min 時編碼器波形(在其它設備上測試AIS 編碼器時，不斷改變主軸倍率，測得的波形同樣有較大波動)如圖7 所示。

(6)將讀數頭拆下后，使其靠近或接觸主軸，發(fā)現主軸的速度會有反饋(接觸其他物體時，也有反饋但是沒有這么大)。判斷應該是主軸內部的磁場或者感應電壓對編碼器的反饋干擾非常大。臨時采用讓讀數頭與主軸絕緣的措施，再次測試，速度反饋正常，顫動現象消失，主軸運轉非常穩(wěn)定。這一現象，可能是主軸電動機在通電后，主軸電動機感應電壓較大，感應磁場較強，編碼器的讀數頭在接觸主軸時被磁化，干擾了其正常的讀數。將被磁化的讀數頭進行處理，主軸速度正常，問題得到解決。

圖7 編碼器的波形

在調試過程中應首先檢查主軸電動機三相電的順序，其次利用參數與輔助軟件進行測試，經過以上調試，發(fā)現問題，最后再將問題的位置進行實際實驗，然后通過正確的方法解決問題。

［1］李正吾.新電工手冊.［M］.合肥:科學技術出版社，2000.

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［5］FANUC 操作說明書、維修說明書、主軸參數說明書［Z］.