變頻主軸的數控車床控制指令傳遞方式的探討

孛 梅

（湖北隨州職業技術學院 汽車分院，隨州 441300）

變頻主軸的數控車床控制指令傳遞方式的探討

孛 梅

（湖北隨州職業技術學院 汽車分院，隨州 441300）

本文從變頻主軸數控車床組裝中出現的問題入手，探討變頻器的邏輯輸入類型，總結主軸正反轉控制指令的傳遞方式及適用范圍。

變頻主軸 漏型邏輯 源型邏輯

數控機床的主軸驅動系統也叫主軸傳動系統，是指產生主切削運動的傳動，是完成主運動的動力裝置。它是數控機床的重要組成部分之一。主軸傳動系統一般要求有較高的主軸變速范圍。主軸的變速可分為有級變速、無級變速和分段無級變速三種方式。目前，大多數的數控機床采用無級變速或分段無級變速。無級變速系統根據控制方式的不同，主要有變頻主軸系統、伺服主軸系統及電主軸三種。由于變頻主軸價格便宜，我國絕大多數的中、低檔的數控機床廣泛采用變頻主軸系統。然而，在組裝或者維修變頻主軸的數控機床時，經常發現以下兩個問題：

第一，數控系統發出的主軸正、反轉信號轉接給變頻器時，為什么變頻器正反轉信號的公共端有的接P24端子，有的接COM端子？

第二，雖然大多數數控機床數控系統發出的主軸正、反轉信號，經過中間繼電器KA的常開來轉接給變頻器，但有些數控機床直接將數控系統發出的主軸正、反轉信號傳遞給變頻器，如上海華聯的經濟型數車C6130，然后再由變頻器來控制三相異步電機正反轉。那么，究竟何時可以直接連接，何時需要用中間繼電器進行轉接呢？

事實上，第一個問題主要與變頻器邏輯輸入類型的設置有關。在介紹變頻器的邏輯輸入類型之前，必須清楚變頻器的接線端子。

1 變頻器的接線端子

目前，作為主軸驅動裝置市場上流行的變頻器，有德國西門子、日本日立、富士等。不同品牌的變頻器接線端子有所不同，如圖1所示為日立及富士變頻器的接線端子及接線圖。

圖1 日立及富士變頻器的接線端子及接線圖

（1）電源輸入端R、S、T

主電路電源輸入端子接電源，有三相或單相之分。有些變頻器的電源輸入端標識為L1、L2、L3。

（2）控制信號輸入端

在這些控制信號輸入端中，FW（FWD）、8（REV）、COM、P24這一組端子用來控制三相異步電機的方向，FW（FWD）為正轉信號輸入端，8（REV）為反轉信號輸入端，COM、P24為方向信號輸入的公共端，O（12）、L（11）為模擬信號電壓的輸入端。

（3）負載輸出端U、V、W

負載輸出端一般接三相異步電機的U、V、W相，有的標識可能為T1、T2、T3。

（4）報警輸出端AL0（30C）、AL1(30B)

通過報警輸出端，可將變頻器的報警信號傳遞給數控系統。（5）保護端PD（+）、P（+）、RB保護端一般接制動電阻或制動單元。（6）接地端G

變頻器的接地端應與接到數控機床的接地排上。

2 變頻器的邏輯輸入類型

一般的變頻器邏輯輸入類型有源型和漏型兩種。

漏型邏輯：當信號輸入端子流出電流時，信號變為ON，為漏型邏輯，即若使用的是正電源，如果此時電壓為低電平（0V），為漏型邏輯。

源型邏輯：當信號輸入端子流入電流時，信號變為ON，為源型邏輯，即若使用的是正電源，如果此時電壓為高電平（PLC、變頻器等一般為24V），則為源型邏輯。

源型輸入就是高電平有效，意思是電流從輸入點流進變頻器；漏型輸入是低電平有效，意思是電流從輸入點流出。從接線的角度上來講，源型輸入需要把公共端接成COM（直流24V的負極），漏型輸入需要把公共端接成P24（即直流24V的正極）。

因此，在數控系統與變頻器進行連接前，應首先根據數控系統的主軸正反轉信號輸出的電平高低，設置變頻器的邏輯輸入類型或者選擇對應邏輯輸入類型的變頻器。一般的變頻器，端子輸入信號出廠時設置為漏型邏輯。

第二個問題則既與變頻器的邏輯輸入類型有關，又與數控系統輸出接口的類型有關。

3 數控系統數字輸入、輸出接口的類型

數控系統數字輸出接口按其等效電路的不同可分為NPN和PNP兩種類型，依次如圖2、圖3所示.

圖2 NPN型

圖3 PNP型

顯然，NPN型低電平輸出有效，而PNP型高電平輸出有效。

4 數控系統主軸正反轉控制指令的傳遞方式

數控系統向變頻器發出的正反轉控制指令有三種傳遞方式，即直接傳遞、利用轉接板傳遞和通過中間繼電器轉接。

4.1 直接傳遞

兩種情形可采用直接傳遞的方式來傳遞。情形一，當數控系統輸出接口為NPN型，即低電平輸出有效時，若變頻器為漏型；情形二，數控系統輸出接口為PNP型，即高電平輸出有效時，若變頻器為源型，且數控系統與變頻器的高電平同為24V或12V。這兩種情形下，可采用直接控制的方式進行傳遞。

4.2 用輸出轉子板轉接

當數控系統輸出接口為NPN型，變頻器為源型；或者數控系統輸出接口為PNP型，變頻器為漏型，且數控系統與變頻器的高電平同為24或12V時，可采用用輸出轉子板轉接，如圖4所示。

圖4 用輸出轉子板轉接

4.3 中間繼電器轉接

采用中間繼電器轉接的情況有兩種。

第一種情況，是一般當數控系統發出的正反轉指令信號的電平與變頻器邏輯輸入類型不匹配時，可采用中間繼電器轉接的方式來傳遞。例如，數控系統發出的正反轉指令信號的電平為高電平信號而變頻器為漏型時，或者數控系統發出的正反轉指令信號的電平為低電平信號而變頻器為源型時，就可采用中間繼電器轉接的方式來傳遞。當然，也可通過更改變頻器的邏輯輸入類型來直接控制。

第二種情況，是數控系統輸出的高低電平與變頻器所用高低電平不匹配時。例如，數控系統輸出的高電平為12V，而變頻器所用的高電平為24V時，也可采用中間繼電器轉接。

4 結論

當不同類型的變頻器與數控系統互相連接時，特別要注意其邏輯是否相同。否則，連接后他們不能正常工作。若數控系統發出的正反轉信號為低電平信號，則應選用漏型邏輯輸入的變頻器或將變頻器的類型設置為漏型邏輯輸入，然后直接連接。若是選用的為源型變頻器，則應采用中間繼電器轉接的傳遞方式；若數控系統發出的正反轉信號為高電平信號，則應選用源型邏輯輸入的變頻器或將變頻器的類型設置為源型邏輯輸入，然后直接連接。若是選用的為漏型變頻器，則應采用中間繼電器轉接的數控系統主軸正反轉控制指令的傳遞方式。當然，數控系統發出的正反轉信號為高電平信號還是低電平信號，可以通過設置數控系統的參數來實現。

[1]王侃夫.數控機床控制技術與系統[M].北京：機械工業出版社，2002.

[2]杜金城.電氣變頻調速設計技術[M].北京：中國電力出版社，2001.

[3]高鐘毓.機電控制工程[M].北京：清華大學出版社，2002.

Discussion on the Transmission Mode of the Control Method of the Frequency Conversion Spindle in the Numerical Control Lathe

BEI Mei
(Hubei Suizhou Vocational and Technical College automotive branch, Suizhou 441300)

This paper starts with the problems in the assembly of the variable frequency spindle CNC lathe, and discusses the logic input types of the transducer, and summarizes the transmission mode and the application range of the spindle forward and reverse control instructions.

variable frequency spindle, drain type logic, source logic

湖北省高教處教學研究課題“數控機床電氣系統教學實訓平臺理實一體化應用研究”。