基於機床數控係統的電主軸控製技術（shù）

隨著機（jī）床工業的不斷發展，電主軸的應（yīng）用越來越廣泛。電主軸上安裝（zhuāng）星角切換裝置後，不僅（jǐn）具有低（dī）速大扭矩，還具有高速大功率的特點（diǎn）。高速電主軸的主軸型式是主軸電機的定子（zǐ）和轉子（zǐ）直接安裝在主軸組件中，即高速電機放在精（jīng）密主軸中，電主（zhǔ）軸的電機轉子是主軸，主（zhǔ）軸的外殼是電（diàn）機（jī）的底（dǐ）座，實現了變頻電機和主軸的一體化，電機直接驅動主軸形成電主軸。

電主軸取消了從電機到主軸的傳動鏈中的齒輪、皮帶等中間環節，動力源直接驅動（dòng）主軸。傳動鏈（liàn）長（zhǎng）度（dù）為零，實現了機床主軸係統的（de）“零傳動（dòng）”。它具有高速、高精度、低噪聲、低溫升、體積小、安裝方便等特點，是現代（dài）高檔數控機床的主要關（guān）鍵部件。與早年內（nèi）圓（yuán）磨（mó）床使用（yòng）的內置電機主軸不同的是，它采用變頻調（diào）速技術，主軸具有更大的驅動（dòng）功率和扭矩，並有一係列傳感器及其檢測控製係統，用（yòng）於監測主軸（zhóu）振動、軸承溫升等參數。因此，電主軸及驅動係統是一種技術含量很高的機電一（yī）體（tǐ）化產品，涉及（jí）機械、電機、驅動與控製、支撐、潤（rùn）滑、材料熱處理、振動等多個領域，是一套相對獨立、完整的智能功（gōng）能部件。

本文以機床數控係統的研究為背景，研究了兩種控製電主軸星角切（qiē）換的方法。第一種方法（fǎ）是通過PLC邏輯控製程序，在加工程序中編輯相應的M代碼，實現電主軸的星（xīng）角切換。第二種方式是通過數控係統的SINAMICS BICO連接技術實現電主軸的星角切換。

1.邏輯程序控製（zhì）的（de）星角切（qiē）換

首先繪製電氣原理圖(見圖1)通過邏輯（jí）控製控製（zhì）電主軸的星角切換，然後調用數控係（xì）統的星角切換功能塊，最（zuì）後（hòu）編（biān）輯數（shù）控係統主軸部分星角切換的電機參數。

(1)星角切換原理

接觸（chù）器K2.46合（hé）上，電主（zhǔ）軸角度接通；K2.47接觸器（qì）閉合，電主軸星形連接。

(2)邏輯控製程序

控製星角切換的功能塊FC17集成在CNC係統中，編（biān）輯功能塊生效的（de）條件如下:

一把DB20。DBX 140.0調用星角轉換功能塊？

JC M00320.dbx140.0 = 1星角轉換生效。

綜（zōng）上所述，在MDA或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。其（qí）特點是操作簡單。執行M代碼可以切換電主軸的星（xīng）角，但切換時需要主軸停止。這（zhè）降低了機床的工作效率。

(3)星角切換主軸的參數設（shè）置（zhì）

由於（yú）參數設置與數控係統SINAMICS BICO連接技（jì）術基本相同，在此（cǐ）不再贅述。

2.數控係統SINAMICS BICO連接技術控製星角切（qiē）換。

(1)控製（zhì）原理

圖2和圖3示出了星角切（qiē）換控製的（de）示意圖。接觸器Q120A接合（hé），數（shù）控係統NCU上的X122.9輸出繼電器（qì）K120A接合（hé），使接觸器Q120A接合，主軸星形連接。接觸器Q120A的反饋觸點向X122.4反饋星形連接的狀態；數控係統NCU上的X122.10輸出繼電器K120B接合（hé），使接觸器Q120B接合，電主軸呈三角形連接。接觸器Q120B的反饋觸點將角度連接的狀態反饋給X122.3

(2)X122功能設置

如星形角度轉換示意圖所示，X122.3為（wéi）角度（dù）連接的接觸器反饋，X122.4為星形連接的接觸器反饋；X122.9為星形連接接觸器的吸合輸出，X122.10為角形連接接觸器的吸合輸出。然後要把數控係統的（de）X122.3/4設置為輸入端口（kǒu）(默認)，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)。

因為X122是（shì）控製單元NCU上的接口，為了設置（zhì）控製單元數據，根據電氣原理圖的要求設置控製單元參數p728(CU數字輸入和輸出狀態)。X122.3/4為數據輸入點(默認)，9/10為數據輸出點（diǎn）(對應位置1，表（biǎo）示改為輸出端口)。

(3)添加驅（qū）動數據組/電機數據組。

配置時，電主軸星角對應的參數要單（dān）獨配置，因為星角切換（huàn）相當於電主軸有兩套驅動數據(DDS)，低速大扭矩時切換（huàn）到星形連接，高（gāo）速大（dà）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，先添加數據（jù）組(見（jiàn）表2)，然後分別配置星（xīng）接電機和角接電機的參數，分（fèn）配（pèi）電機（jī）編碼器的數據。

數據組展開後，主軸驅動參數中的以下參數將被自動設（shè）置:

(4)配置（zhì）電主軸的星形/三角形連接參數。

根據（jù）星角的兩組（zǔ）數據集，增加兩（liǎng）組星角切換的電機參數，以星角切換為18000r/min的凱斯（sī）勒牌電主軸電機驅（qū）動數據為例，如表3所示。

在（zài）每個參數的[0]中輸入星形（xíng）連接的電機參數，在[1]中輸入角度電機參數。另外（wài），從上表可以看（kàn）出，星（xīng）角切換的臨界轉（zhuǎn）速（sù）為4700r/min。

(5)星角切換相關參數

主（zhǔ）軸驅動數據:p820[0]為驅動數據（jù）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（zhǔ）軸的實際轉速大於轉速閾值p2155中設（shè）定（dìng）的值時，p820[0]=1，DDS1([1])數據組生效。

注意:更改（gǎi）上述參數時，隻需將參數p922更改為999自定義消息，不能將原136消息改回（huí）來，否則參數p820參數更改將失敗。

星角切換延時時間建（jiàn）議為100ms，隻有（yǒu）在有星角切換時間報警時才能設置，否則不能設置。

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

p 2155[1]KESSLER電主軸參數表顯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（chí）滯轉速，不宜過小，推薦為90r/min；

P2140[1]轉速閾（yù）值（zhí）側（cè）隙和遲滯轉速不能太小，建議為90r/min；

根（gēn）據KESSLER電主軸參數表，p2000電主（zhǔ）軸（zhóu）的最大速度應設置為18000 r/min。組態完成後，該參數應自動寫入（rù）最大轉速18000轉/分。如果不是自動寫的（de），可以手工輸入。

3.結束語（yǔ）

綜上所（suǒ）述，由PLC邏輯（jí）控製程序控製的星角開關，每進行一次開關，主軸轉速（sù）就會降到0，然後開（kāi）關進行機（jī）床加工需要時間（jiān），降低了機床的工作節奏和效（xiào）率；數控SINAMICS BICO連接（jiē）技術控製電主軸的星角切換，實現了（le）切換時的無級變（biàn）速，節省了時間，提高了（le）機床的工作效率。建議使用這種（zhǒng）開關模（mó）式。