基於機床數（shù）控係統的電主軸控製技術

隨著機床工業的不斷發展，電主軸（zhóu）的應用越來越廣泛。電主軸上安裝（zhuāng）星角切換裝置（zhì）後，不僅具有低速大扭矩，還具有高速大功率的特點。高速電主軸的主軸型式（shì）是（shì）主軸電機的（de）定子和轉子直（zhí）接安裝在主軸組件中，即高速電機放（fàng）在精（jīng）密（mì）主軸中，電主軸的電機轉子是主軸，主軸的外殼是電機的底座（zuò），實現了變頻（pín）電機和主軸的一體化，電機（jī）直接驅動主軸形成電主軸。

電主軸取（qǔ）消了從電機到主軸的傳動鏈中的齒輪、皮帶等中（zhōng）間環節，動力源（yuán）直接（jiē）驅動主軸。傳動鏈長度為零，實現了（le）機床（chuáng）主（zhǔ）軸係統的（de）“零傳動”。它具有高速、高精度、低（dī）噪聲（shēng）、低溫升、體積小（xiǎo）、安裝（zhuāng）方便等特點（diǎn），是現代高檔數控機床的主要關鍵部件。與早年內圓磨床使用的內置電機主軸不同的是，它采用變頻調速技術，主軸具有更大的驅動功率和扭矩，並（bìng）有一係列傳感（gǎn）器（qì）及其檢測控製係統，用於監測主軸振動、軸承溫升等參數。因此，電（diàn）主（zhǔ）軸及驅動係統（tǒng）是一種技術含量很高的機電一體（tǐ）化產品（pǐn），涉及機械、電機、驅動與控製（zhì）、支撐、潤滑、材料熱處理（lǐ）、振動等多個領域，是一套相對（duì）獨（dú）立、完整的智能功能部件（jiàn）。

本文以（yǐ）機床數控係統（tǒng）的研究為背景，研究了兩種控製電主軸星角切換的方法。第一（yī）種方法是通過PLC邏（luó）輯控製程序，在加工程序中編輯相應（yīng）的M代碼，實現電主軸的星角切換。第（dì）二種方式是（shì）通過數控係統的SINAMICS BICO連接技術實現電主軸的星角切換。

1.邏輯（jí）程序控製的星角切換

首先繪製電氣原（yuán）理圖(見圖1)通過邏輯控製控製電主軸的星角切換，然後調（diào）用數控係統的星角切換功能塊，最後編輯數控係統主軸部（bù）分星角切換的電機參數。

(1)星角切換原理

接觸器K2.46合上（shàng），電主軸角度（dù）接通；K2.47接觸器閉合，電主軸星形連（lián）接。

(2)邏輯控製程序

控（kòng）製星角切換的功能塊FC17集成在CNC係統（tǒng）中，編輯功能塊生效的條件如下（xià）:

一把DB20。DBX 140.0調用（yòng）星角轉換功能塊？

JC M00320.dbx140.0 = 1星角轉換（huàn）生效（xiào）。

綜（zōng）上所述，在MDA或（huò）AUTO模式下，執行M54時，切換到星形連接；執行M55時，切換刀角連接（jiē）。其特點是操作簡（jiǎn）單。執行M代碼可以切換電主軸（zhóu）的星角，但切換時需要主軸停止。這降低了機床的工作效（xiào）率。

(3)星角切換主軸的參數設置

由於參數設置與數控係統SINAMICS BICO連接技術基本相同，在此不（bú）再贅述。

2.數控係統SINAMICS BICO連接技術控製（zhì）星角切（qiē）換。

(1)控製（zhì）原理

圖2和圖3示出了星角切換控（kòng）製的示意圖。接觸器Q120A接合，數控係統NCU上的X122.9輸出繼電器K120A接合，使接（jiē）觸器Q120A接合（hé），主軸（zhóu）星形連接。接觸器Q120A的反饋觸點向X122.4反饋星形連接的狀態；數控係（xì）統NCU上（shàng）的X122.10輸出繼電器K120B接合，使接觸器Q120B接合，電主軸呈三（sān）角（jiǎo）形連接。接觸（chù）器Q120B的反饋觸點將角度（dù）連接的狀態（tài）反饋給（gěi）X122.3

(2)X122功能設置

如星形角度轉換示意圖所示，X122.3為角度連接的接觸（chù）器反饋，X122.4為星（xīng）形連接（jiē）的（de）接觸器反饋；X122.9為星形連接接觸器的吸合輸出，X122.10為角形連接（jiē）接觸器的吸合輸出。然後要把數控係統的X122.3/4設置為輸入端口(默認（rèn）)，X122的9/10設置為輸出端口(需要把要改變的控製單元數據設置為輸出端口（kǒu）)。

因為X122是控製單元NCU上的接口（kǒu），為了設置（zhì）控製單元數據，根據電氣（qì）原理圖的要求設置（zhì）控製單元參數p728(CU數（shù）字輸入和輸出狀態)。X122.3/4為數據輸入點(默認)，9/10為數據（jù）輸出點(對應位置1，表示改為輸出端口)。

(3)添加驅動數（shù）據組/電（diàn）機數據組。

配置時，電主軸星角對應的參數（shù）要單獨配置，因為（wéi）星角切（qiē）換相當於電主軸有兩套驅動（dòng）數據（jù）(DDS)，低速大扭（niǔ）矩時切（qiē）換到（dào）星（xīng）形連接，高速大功率時切換到三角形連接。因此，在配置星角兩套電機數據時（shí），先添（tiān）加數據組（zǔ）(見表2)，然後分（fèn）別配置（zhì）星（xīng）接電機和角接電機的參數，分配電機編碼器的數據。

數據組展開後，主軸驅動參數（shù）中（zhōng）的以下參數將被自（zì）動設置:

(4)配置電主軸的星形/三角形連接參數。

根據星角的兩組數據集，增加兩組星角切換的電機參數，以星角切（qiē）換為18000r/min的凱斯（sī）勒牌電主軸電機驅動（dòng）數（shù）據為例，如表3所示。

在每個參數的[0]中輸（shū）入星形連接的電機參數，在[1]中（zhōng）輸入角度（dù）電機參數。另外，從上表可以看出（chū），星角切（qiē）換的（de）臨界轉速為4700r/min。

(5)星（xīng）角切換相關（guān）參（cān）數

主軸驅動數據:p820[0]為驅（qū）動（dòng）數據組選擇DDS位1/ DDS位1。設置為63:2197.2，即當主軸實際轉速小於等於轉速閾值p2155中的設定值時，p820[0]=0，DDS0([0])數據組生效；當主軸的實際轉速大於轉速閾值p2155中設定的值時，p820[0]=1，DDS1([1])數據組生效（xiào）。

注意:更改（gǎi）上述參數時，隻需將參數p922更改為999自（zì）定義消息，不能將原136消息（xī）改回來，否則參數p820參數更改將失（shī）敗。

星角切換（huàn）延時時間建議為100ms，隻有在有星角切（qiē）換時間報警時才能設（shè）置，否則不能設置。

P2155[0]電主軸星角切換速度閾值從凱斯勒電主軸參數表顯示，應設定4700 r/min；

p 2155[1]KESSLER電主軸參數表顯（xiǎn）示電主軸星角切換速度閾值為4700 r/min；

P2140[0]轉速閾值側隙，遲滯轉速，不（bú）宜過小，推薦為90r/min；

P2140[1]轉速閾值側隙和遲滯轉速不能（néng）太小，建議為90r/min；

根（gēn）據KESSLER電主軸參數表，p2000電主軸的最大速度應（yīng）設置為18000 r/min。組態完成後（hòu），該參（cān）數應自動寫入最（zuì）大轉速（sù）18000轉（zhuǎn）/分。如果不是（shì）自動寫的（de），可以手工輸入。

3.結束語

綜上所述，由PLC邏輯控製程序（xù）控製的星角開關（guān），每進行一次開關（guān），主軸轉速就會降（jiàng）到0，然後開（kāi）關進行機床加工需要時間，降低了機床的工作節奏和效率；數控SINAMICS BICO連接技術控製電主軸（zhóu）的星角切換，實現了切換時的無級變速，節省了時間，提高（gāo）了機床的工作效率。建議使用這種開關模式。