車永貴

摘 要：應(yīng)用FANUC數(shù)控系統(tǒng)主軸模擬輸出功能，使用國產(chǎn)交流伺服主軸驅(qū)動器驅(qū)動主軸電機實現(xiàn)主軸控制；介紹線路連接及參數(shù)設(shè)置，以及主軸電機的試運行。

關(guān)鍵詞：FANUC數(shù)控系統(tǒng)；模擬主軸；伺服電機

中圖分類號： TH111 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）31-144-2

0 引言

公司新開發(fā)產(chǎn)品數(shù)控壓縮機轉(zhuǎn)子銑床，采用FANUC 0I MD數(shù)控系統(tǒng)，由三個伺服軸和一個主軸組成，機床主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn)。FANUC數(shù)控系統(tǒng)主軸功能分主軸串行輸出和主軸模擬輸出兩種，主軸串行輸出是指使用FANUC主軸放大器控制交流主軸伺服電機來驅(qū)動機床主軸的一種控制模式，用此控制模式成本比較高，在一些經(jīng)濟型機床上可以采用主軸模擬輸出，一般常用的方式就是使用交流變頻驅(qū)動器控制交流變頻電機來驅(qū)動機床主軸。本機的刀具驅(qū)動電機豎直安裝在銑頭箱上，在加工壓縮機轉(zhuǎn)子時，根據(jù)轉(zhuǎn)子螺旋角的不同，安裝刀具的銑頭需要調(diào)整角度，從垂直分別向順時針旋轉(zhuǎn)60度、向逆時針旋轉(zhuǎn)60度，在最大旋轉(zhuǎn)角度返回垂直位置時，負載很重，這對機械要求很高，如果采用變頻電機，同等功率的變頻電機個頭大，分量重，只能使用主軸電機，如果使用FANUC主軸電機加上主軸放大器，價格就高，成本增加，為降低成本，決定使用第三方國產(chǎn)高效能的驅(qū)動器及主軸電機，經(jīng)過多方考評最終選定GS系列交流伺服主軸驅(qū)動器和CPT主軸電機，此驅(qū)動器是北京超同步伺服股份公司研制、開發(fā)生產(chǎn)的高品質(zhì)、多功能、低噪音的交流伺服驅(qū)動器，可以對各種交流伺服電機的位置、轉(zhuǎn)速、加速度和輸出轉(zhuǎn)矩方便地進行控制。本機選擇使用CTP伺服主軸電機，功率37kW，由GS系列的BKSC-4045GS2伺服主軸驅(qū)動器驅(qū)動，此驅(qū)動器可以使用0-10V的模擬量來控制電機的運轉(zhuǎn)，帶動刀具旋轉(zhuǎn)。

本機主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn)，只是速度控制，不需要位置、加速度等的控制，所以不需要配置外置的編碼器了。本機數(shù)控系統(tǒng)的連接、調(diào)試以及三個伺服軸的控制在這里不再贅述，重點說明在我公司第一次使用的GS系列伺服主軸驅(qū)動器及CTP伺服主軸電機實現(xiàn)主軸控制。

1 主回路及控制回路的連接

主回路的端子的連接，RST是三相交流電源輸入端子，通過空氣斷路器接入三相380V電源即可，UVW是驅(qū)動器輸出端，連接主軸電機的動力端子UVW，連接時注意相序要一致，否則會出現(xiàn)顯示E.PV的過載報警。端子P PB連接制動電阻。

控制回路的連接，如圖1所示：

①端口為RS232通信接口。②端口為模擬量輸入、輸出，其中FC為模擬量公共端，連接FANUC數(shù)控系統(tǒng)主板端口JA40的ES，F(xiàn)I為模擬量輸入端（0-10V），連接FANUC數(shù)控系統(tǒng)主板端口JA40的SVC信號，注意模擬量連接的線一定要用屏蔽線。③為繼電器輸出端口，M1A、M1C、M1B為驅(qū)動器驅(qū)動故障輸出，將M1C、M1B連接到數(shù)控系統(tǒng)的輸入信號X8.0，通過順序程序的梯形圖控制。當驅(qū)動器出現(xiàn)故障時，故障繼電器線圈吸合，其閉點M1C、M1B之間斷開，機床發(fā)出主軸驅(qū)動器故障報警。④為控制信號輸入端子，ST為控制使能信號，連接使能，I1為正轉(zhuǎn)使能，I2為反轉(zhuǎn)使能。⑤為編碼器輸出接口。⑥為編碼器輸入、通訊及電機熱保護接口，連接電機的編碼器反饋信號線即可。

2 參數(shù)確認

2.1 參數(shù)輸入

驅(qū)動器及主軸伺服電機線路正確連接后就可以進行調(diào)試了，首先要將主軸及主軸伺服電機的有關(guān)參數(shù)進行運算然后按照正確的驅(qū)動器操作方式將參數(shù)正確地輸入到驅(qū)動器中。

①應(yīng)用參數(shù)An：A1為工廠控制參數(shù)，A2為用戶多功能參數(shù)，A3為用戶參數(shù)，根據(jù)本機控制需求，需要以下參數(shù)的設(shè)定：

A2.01=1，此參數(shù)是選擇運轉(zhuǎn)指令方式，=0，I1正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)（由模擬電壓的極性決定）；=1，I1正轉(zhuǎn)使能，I2反轉(zhuǎn)使能，本機使用數(shù)控系統(tǒng)JA40輸出的0-10V電壓，所以此參數(shù)設(shè)定為1。

A2.02=1，此參數(shù)是選擇模擬量方式，=0，雙極性（-10V+10V）；=1單極性（0-10V）。

A2.15=0，此參數(shù)為定義I1端子的功能，=0，模擬速度控制；=1，脈沖速度控制，本機是選用模擬量0-10V控制，設(shè)定為0。

A3.23=182，此參數(shù)為速度控制時最高轉(zhuǎn)速，輸入10V模擬量時對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，主軸電機的最高轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，電機與主軸的傳動比是1：16.5，那么對應(yīng)模擬電壓10V時，主軸的最高轉(zhuǎn)速=3000/16.5=182轉(zhuǎn)/分。

②電機參數(shù)Dn：D1為電機參數(shù)，D2為電流環(huán)參數(shù)，D3為編碼器參數(shù)，D4為u/f參數(shù)，D參數(shù)的設(shè)定要與伺服電機的銘牌一致（設(shè)定D參數(shù)時，需要將A1.00設(shè)定為1即參數(shù)顯示選擇為系統(tǒng)參數(shù)）：

D1.00 =59.6伺服電機的額定電流；D1.01=750伺服電機的額定轉(zhuǎn)速；D1.02=370伺服電機的額定電壓；D1.03=37 伺服電機的額定功率；D1.04=0.86 伺服電機的功率因數(shù)；D1.05=25.7伺服電機的額定頻率。

以上D1參數(shù)的01-05中，都有1-8位，全部分別設(shè)定相同的數(shù)值。

2.2 電機的自學習

以上參數(shù)設(shè)定后，進行電機的自學習，

①斷電拔掉T3端子，確保ST無輸入信號。

②上電設(shè)置A1.10=7，伺服驅(qū)動器驅(qū)動自學習模式，而且LED顯示LEAr。

③當LED顯示F.0，電機自學習成功。

④設(shè)置A1.11=1，進行電機參數(shù)的自匹配。

電機自學習時，電機的電流越大，電機自學習時間越長。

2.3 數(shù)控系統(tǒng)中主軸速度的設(shè)定

NO.3736主軸電機的最高鉗制速度

設(shè)定值 =（主軸電機的最高鉗制轉(zhuǎn)速/主軸電機的最大轉(zhuǎn)速）*4095=4095

NO.3741主軸的最大速度

設(shè)定值 =182（參考應(yīng)用參數(shù)中A2.23的設(shè)定）

3 試運轉(zhuǎn)

以上參數(shù)設(shè)定后，就可以進行主軸的試運轉(zhuǎn)了。

①機床上電，驅(qū)動器得電，此時測量驅(qū)動器的R S T端子，三相輸入電壓正常，給定T3端子的ST使能信號，在MDI錄入方式下，輸入主軸正轉(zhuǎn)指令：M03 S18，啟動自動循環(huán)，主軸開始旋轉(zhuǎn)，此時，T3端子上的I1正轉(zhuǎn)信號接通，測量T1端子上的FI模擬量輸入電壓為1V，使用轉(zhuǎn)速表測量主軸轉(zhuǎn)速為18轉(zhuǎn)/分，主軸運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

②同樣操作方法，不斷提高轉(zhuǎn)速，直到最高速度182轉(zhuǎn)/分，模擬量輸入電壓到+10V，

③在不斷提高速度的過程中，觀察驅(qū)動器是否出現(xiàn)異常，伺服電機運轉(zhuǎn)是否正常、平穩(wěn)，有沒有發(fā)熱現(xiàn)象，如果出現(xiàn)異常要及時切斷電源。

④同理，輸入主軸反轉(zhuǎn)指令，進行電機反轉(zhuǎn)運行。

最終機床運行平穩(wěn)，切削達到了設(shè)計要求。

參 考 文 獻

[1] FANUC 0i-MD 功能連接說明書.

[2] FANUC參數(shù)說明書.

[3] 北京超同步GS系列主軸驅(qū)動器手冊.