基于FANUC數控系統采用國產伺服主軸驅動器實現主軸控制

車永貴

摘 要：應用FANUC數控系統主軸模擬輸出功能，使用國產交流伺服主軸驅動器驅動主軸電機實現主軸控制；介紹線路連接及參數設置，以及主軸電機的試運行。

關鍵詞：FANUC數控系統；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

公司新開發產品數控壓縮機轉子銑床，采用FANUC 0I MD數控系統，由三個伺服軸和一個主軸組成，機床主軸帶動刀具旋轉。FANUC數控系統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動器控制交流變頻電機來驅動機床主軸。本機的刀具驅動電機豎直安裝在銑頭箱上，在加工壓縮機轉子時，根據轉子螺旋角的不同，安裝刀具的銑頭需要調整角度，從垂直分別向順時針旋轉60度、向逆時針旋轉60度，在最大旋轉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高效能的驅動器及主軸電機，經過多方考評最終選定GS系列交流伺服主軸驅動器和CPT主軸電機，此驅動器是北京超同步伺服股份公司研制、開發生產的高品質、多功能、低噪音的交流伺服驅動器，可以對各種交流伺服電機的位置、轉速、加速度和輸出轉矩方便地進行控制。本機選擇使用CTP伺服主軸電機，功率37kW，由GS系列的BKSC-4045GS2伺服主軸驅動器驅動，此驅動器可以使用0-10V的模擬量來控制電機的運轉，帶動刀具旋轉。

本機主軸帶動刀具旋轉，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。本機數控系統的連接、調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系列伺服主軸驅動器及CTP伺服主軸電機實現主軸控制。

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數控系統主板端口JA40的ES，FI為模擬量輸入端（0-10V），連接FANUC數控系統主板端口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為驅動器驅動故障輸出，將M1C、M1B連接到數控系統的輸入信號X8.0，通過順序程序的梯形圖控制。當驅動器出現故障時，故障繼電器線圈吸合，其閉點M1C、M1B之間斷開，機床發出主軸驅動器故障報警。④為控制信號輸入端子，ST為控制使能信號，連接使能，I1為正轉使能，I2為反轉使能。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 參數確認

2.1 參數輸入

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

①應用參數An：A1為工廠控制參數，A2為用戶多功能參數，A3為用戶參數，根據本機控制需求，需要以下參數的設定：

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

A2.02=1，此參數是選擇模擬量方式，=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，設定為0。

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

②電機參數Dn：D1為電機參數，D2為電流環參數，D3為編碼器參數，D4為u/f參數，D參數的設定要與伺服電機的銘牌一致（設定D參數時，需要將A1.00設定為1即參數顯示選擇為系統參數）：

D1.00 =59.6伺服電機的額定電流；D1.01=750伺服電機的額定轉速；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；D1.05=25.7伺服電機的額定頻率。

以上D1參數的01-05中，都有1-8位，全部分別設定相同的數值。

2.2 電機的自學習

以上參數設定后，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上電設置A1.10=7，伺服驅動器驅動自學習模式，而且LED顯示LEAr。

③當LED顯示F.0，電機自學習成功。

④設置A1.11=1，進行電機參數的自匹配。

電機自學習時，電機的電流越大，電機自學習時間越長。

2.3 數控系統中主軸速度的設定

NO.3736主軸電機的最高鉗制速度

設定值 =（主軸電機的最高鉗制轉速/主軸電機的最大轉速）*4095=4095

NO.3741主軸的最大速度

設定值 =182（參考應用參數中A2.23的設定）

3 試運轉

以上參數設定后，就可以進行主軸的試運轉了。

①機床上電，驅動器得電，此時測量驅動器的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，輸入主軸正轉指令：M03 S18，啟動自動循環，主軸開始旋轉，此時，T3端子上的I1正轉信號接通，測量T1端子上的FI模擬量輸入電壓為1V，使用轉速表測量主軸轉速為18轉/分，主軸運轉平穩。

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

③在不斷提高速度的過程中，觀察驅動器是否出現異常，伺服電機運轉是否正常、平穩，有沒有發熱現象，如果出現異常要及時切斷電源。

④同理，輸入主軸反轉指令，進行電機反轉運行。

最終機床運行平穩，切削達到了設計要求。

參 考 文 獻

[1] FANUC 0i-MD 功能連接說明書.

[2] FANUC參數說明書.

[3] 北京超同步GS系列主軸驅動器手冊.