数控机床主轴控制

1、数控机床主轴控制数控机床主轴控制1.数控机床主轴电气控制原理数控机床主轴电气控制原理2.数控机床主轴控制的相关数控机床主轴控制的相关PLC3.数控机床主轴控制的相关参数数控机床主轴控制的相关参数 就电气控制而言，机床主轴的控制是有别于机床伺服轴的。就电气控制而言，机床主轴的控制是有别于机床伺服轴的。一般情况下，机床主轴的控制系统为速一般情况下，机床主轴的控制系统为速度控制系统，而机床伺服轴度控制系统，而机床伺服轴的控制系统为位置控制系统。的控制系统为位置控制系统。换句话说，主轴编码器一般情况下不换句话说，主轴编码器一般情况下不是用于位置反馈的是用于位置反馈的（也不是用于速度反馈的），而仅作为速

2、度测量（也不是用于速度反馈的），而仅作为速度测量元件使用，从主轴编码器上所获取的数据，一般有两个用途，其一元件使用，从主轴编码器上所获取的数据，一般有两个用途，其一是是用于主轴转速显示；其二是用于主轴与伺服轴配合运行的用于主轴转速显示；其二是用于主轴与伺服轴配合运行的场合场合（如螺纹切削加工，恒线速加工，（如螺纹切削加工，恒线速加工，G95G95转进给等）。转进给等）。 注：当机床主轴驱动单元使用了带速度反馈的驱动装置注：当机床主轴驱动单元使用了带速度反馈的驱动装置以及标准主轴电机时，主轴可以根据需要工作在伺服状态。以及标准主轴电机时，主轴可以根据需要工作在伺服状态。此时，主轴编码器作为位置反

3、馈元件使用。此时，主轴编码器作为位置反馈元件使用。 1.数控机床主轴电气控制原理数控机床主轴电气控制原理 机床主轴，一般用于给机床加工提供动力，通常主轴机床主轴，一般用于给机床加工提供动力，通常主轴驱动被加工工件旋转的是车削加工，所对应的机床是车床类；驱动被加工工件旋转的是车削加工，所对应的机床是车床类；主轴驱动切削工件旋转的是铣削加工，所对应的机床是铣床类。主轴驱动切削工件旋转的是铣削加工，所对应的机床是铣床类。主轴电机通常有普通电机与标准主轴电机两种（与之对应的驱主轴电机通常有普通电机与标准主轴电机两种（与之对应的驱动装置也分为开环与闭环两种）。动装置也分为开环与闭环两种）。 主轴驱动装置

4、，有普通变频器和闭环主轴驱动装置等，主轴驱动装置，有普通变频器和闭环主轴驱动装置等，普通变频器的生产厂家很多，目前市场上流行的有德国西门普通变频器的生产厂家很多，目前市场上流行的有德国西门子公司、日本三肯、安川等。闭环主轴驱动装置一般由各数控子公司、日本三肯、安川等。闭环主轴驱动装置一般由各数控公司自行研制并生产，如西门子公司的公司自行研制并生产，如西门子公司的611611系列，日本发那克系列，日本发那克公司的公司的系列等。系列等。1.21.2变频主轴的电气控制原理变频主轴的电气控制原理1)1)变频器的电气控制原理图变频器的电气控制原理图2)MM420 2)MM420 变频器电源及电机强电接线

5、端子排列如下图所示变频器电源及电机强电接线端子排列如下图所示： 3)3)变频器接线方框图变频器接线方框图 4)4)变频器与变频器与611U611U伺服驱动的连接图伺服驱动的连接图 802D802D数控系统配置变频主轴时数控系统配置变频主轴时, ,变频器变频器0-10V0-10V的指令电压是的指令电压是通过通过611UE611UE的的X411X411端口上的端口上的75.A75.A和和1515给出的给出的, ,正反转指令是通过正反转指令是通过X453X453端口上的端口上的Q0.AQ0.A和和Q1.AQ1.A给出的给出的引脚引脚说明说明引脚引脚说明说明1P 电源正电源正9P 电源正电源正2M 电

6、源地电源地10R3A11M 电源地电源地4*A12*R5空空13空空6B14空空7*B15空空8空空4) X4714) X471主轴编码器接口说明主轴编码器接口说明6)伺服主轴的电气控制原理图伺服主轴的电气控制原理图2.2.数控机床主轴控制的相关数控机床主轴控制的相关PLCPLC1)配置主轴2) 2) 主轴使能控制主轴使能控制4 4）主轴点动）主轴点动3.3.数控机床主轴的相关参数数控机床主轴的相关参数1 1）与变频主轴相关机床数据的设定）与变频主轴相关机床数据的设定数据号数据号数据名数据名值值数据说明数据说明1306013060DRIVE_TELEGRAM_TYPE 0 DRIVE_TELE

7、GRAM_TYPE 0 0 0 总线地址总线地址12 12 的报文类型的报文类型1306013060DRIVE_TELEGRAM_TYPE 4 DRIVE_TELEGRAM_TYPE 4 0 0总线地址总线地址10 10 的报文类型的报文类型1307013070DRIVE_FUNCTION_MASK 0 DRIVE_FUNCTION_MASK 0 80008000总线地址总线地址12 12 的功能选项：模拟主轴的功能选项：模拟主轴3013430134IS_UNIPOLAR_OUTPUT 0,AX3 IS_UNIPOLAR_OUTPUT 0,AX3 0 0双极性模拟量（出厂设定）双极性模拟量（出

8、厂设定）1 1单极性模拟量（使能单极性模拟量（使能 & & 方向）方向）2 2单极性模拟量（单极性模拟量（+ +使能使能 & -& -使能）使能）3011030110CTRLOUT_MODULE_NR 0,AX3 CTRLOUT_MODULE_NR 0,AX3 1 1给定值模块号给定值模块号3012030120CTRLOUT_NR 0,AX3 CTRLOUT_NR 0,AX3 2 2给定值号信号端口给定值号信号端口3013030130CTRLOUT_TYPE00 0给定值输出类型给定值输出类型3020030200NUM_ENCS1 1编码器数量编码器数量3022

9、030220ENC_MODULE_NR 0,AX3 ENC_MODULE_NR 0,AX3 1 1编码器模块号编码器模块号3023030230ENC_INPUT_NR 0, AX3 ENC_INPUT_NR 0, AX3 2 2编码器信号端口号编码器信号端口号数据号数据号数据名数据名值值数据说明数据说明3024030240ENC_TYPE02编码器类型编码器类型3102031020ENC_RESOL 0, AX3 ENC_RESOL 0, AX3 实际值实际值TTL TTL 编码器每转脉冲数编码器每转脉冲数3200032000MAX_AX_VELO最大轴速度最大轴速度3202032020JOG

10、_VELO_RAPID点动方式快速速度点动方式快速速度3225032250RATED_OUTVAL 0, AX3 RATED_OUTVAL 0, AX3 100100额定输出值（额定输出值（% %）* *3226032260RATED_VELO 4 RATED_VELO 4 实际值额定电机转速实际值额定电机转速( (对应模拟电压对应模拟电压) )* *3620036200AX_VELO_LIMIT0.5速度监控的门限值速度监控的门限值3511035110GEAR_STEP_MAX_VELO0.5主轴各档最高转速主轴各档最高转速3513035130GEAR_STEP_MAX_VELO_LIMIT

11、0.5主轴各档最高转速限制主轴各档最高转速限制2）与变频主轴相关伺服驱动器的数据设置）与变频主轴相关伺服驱动器的数据设置利用准备好的利用准备好的“驱动器调试电缆驱动器调试电缆”将计算机与将计算机与611UE 611UE 的的X471 X471 连接起来；连接起来；从从WINDOWS WINDOWS 的的“开始开始”中找到驱动器调试工具中找到驱动器调试工具SimoCom USimoCom U，并启动；，并启动；选择联机方式；进入专家表（选择联机方式；进入专家表（Ctrl+ECtrl+E），配置电机参数：），配置电机参数： P890=4 P890=4 编码器信号源来自编码器信号源来自X472 X4

12、72 接口接口 P922=104 P922=104 主轴信号的主轴信号的PROFIBUS PROFIBUS 报文类型报文类型 P1007=P1007=编码器线数编码器线数 外装编码器每的转脉冲数。应与主轴参数外装编码器每的转脉冲数。应与主轴参数MD31020 MD31020 相相同。同。在在SimoComU SimoComU 的主画面上选择图标的主画面上选择图标 存储数据存储数据 ，选择图标选择图标 上电复位上电复位P922=0 P922=0 主轴信号的主轴信号的PROFIBUS PROFIBUS 报文类型报文类型P890=4 P890=4 编码器信号源来自编码器信号源来自X472 X472

13、接口接口P9158=50103 P9158=50103 总线给定值配置：模拟输出送到总线给定值配置：模拟输出送到X441 X441 的端子的端子75.A 75.A 和和1515P9159=50107 P9159=50107 总线给定值配置：数字输出送到总线给定值配置：数字输出送到X453 X453 的端子的端子Q0.A Q0.A 和和Q1.AQ1.A注意：参数的索引号注意：参数的索引号88、99需要用鼠标右键激活显示滤波器需要用鼠标右键激活显示滤波器：在在SimoComU SimoComU 的主画面上选择图标的主画面上选择图标 存储数据存储数据 ，选择图标选择图标 上电复位上电复位P922=0

14、 P922=0 主轴信号的主轴信号的PROFIBUS PROFIBUS 报文类型，然后再报文类型，然后再SimoComU SimoComU 的上的上设定模拟输出和数字量输出，见下图：设定模拟输出和数字量输出，见下图：3)3)与伺服主轴相关的机床数据与伺服主轴相关的机床数据数据号数据号数据名数据名值值数据说明数据说明1306013060DRIVE_TELEGRAM_TYPE 4 DRIVE_TELEGRAM_TYPE 4 0 0报文类型报文类型( (总线地址总线地址10)10)3011030110CTRLOUT_MODULE_NR 0,AX3 CTRLOUT_MODULE_NR 0,AX3 5

15、5给定值模块号给定值模块号3012030120CTRLOUT_NR 0,AX3 CTRLOUT_NR 0,AX3 2 2给定值号信号端口给定值号信号端口3013030130CTRLOUT_TYPE00 0给定值输出类型给定值输出类型3020030200NUM_ENCS1 1编码器数量编码器数量3022030220ENC_MODULE_NR 0,AX3 ENC_MODULE_NR 0,AX3 5 5编码器模块号编码器模块号3023030230ENC_INPUT_NR 0, AX3 ENC_INPUT_NR 0, AX3 2 2编码器信号端口号编码器信号端口号数据号数据号数据名数据名值值数据说明数

16、据说明3024030240ENC_TYPE0ENC_TYPE02 2编码器类型编码器类型3102031020ENC_RESOL 0, AX3 ENC_RESOL 0, AX3 实际值实际值TTL TTL 编码器每转脉冲数编码器每转脉冲数3200032000MAX_AX_VELOMAX_AX_VELO最大轴速度最大轴速度3202032020JOG_VELO_RAPIDJOG_VELO_RAPID点动方式快速速度点动方式快速速度3211032110ENC_FEEDBACK_POL 0, AX3 ENC_FEEDBACK_POL 0, AX3 1,-11,-1主轴反馈极性主轴反馈极性36200362

17、00AX_VELO_LIMIT0.5AX_VELO_LIMIT0.5速度监控的门限值速度监控的门限值3500035000SPIND_ASSIGN_TO_MACHAX1 1定义机床轴为主轴定义机床轴为主轴3511035110GEAR_STEP_MAX_VELO0.5GEAR_STEP_MAX_VELO0.5主轴各档最高转速主轴各档最高转速3513035130GEAR_STEP_MAX_VELO_LIMIT0.GEAR_STEP_MAX_VELO_LIMIT0.55主轴各档最高转速限制主轴各档最高转速限制4）与伺服主轴相关伺服驱动器的数据设置）与伺服主轴相关伺服驱动器的数据设置利用准备好的利用准备好的“驱动器调试电缆驱动器调试电缆”将计算机与将计算机与611UE 的的X471 连接起来；连接起来；从从WINDOWS