變頻主軸的數(shù)控車(chē)床控制指令傳遞方式的探討

孛 梅

（湖北隨州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車(chē)分院，隨州 441300）

變頻主軸的數(shù)控車(chē)床控制指令傳遞方式的探討

孛 梅

（湖北隨州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車(chē)分院，隨州 441300）

本文從變頻主軸數(shù)控車(chē)床組裝中出現(xiàn)的問(wèn)題入手，探討變頻器的邏輯輸入類(lèi)型，總結(jié)主軸正反轉(zhuǎn)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(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也叫主軸傳動(dòng)系統(tǒng)，是指產(chǎn)生主切削運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)，是完成主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置。它是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分之一。主軸傳動(dòng)系統(tǒng)一般要求有較高的主軸變速范圍。主軸的變速可分為有級(jí)變速、無(wú)級(jí)變速和分段無(wú)級(jí)變速三種方式。目前，大多數(shù)的數(shù)控機(jī)床采用無(wú)級(jí)變速或分段無(wú)級(jí)變速。無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)根據(jù)控制方式的不同，主要有變頻主軸系統(tǒng)、伺服主軸系統(tǒng)及電主軸三種。由于變頻主軸價(jià)格便宜，我國(guó)絕大多數(shù)的中、低檔的數(shù)控機(jī)床廣泛采用變頻主軸系統(tǒng)。然而，在組裝或者維修變頻主軸的數(shù)控機(jī)床時(shí)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)以下兩個(gè)問(wèn)題：

第一，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的主軸正、反轉(zhuǎn)信號(hào)轉(zhuǎn)接給變頻器時(shí)，為什么變頻器正反轉(zhuǎn)信號(hào)的公共端有的接P24端子，有的接COM端子？

第二，雖然大多數(shù)數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的主軸正、反轉(zhuǎn)信號(hào)，經(jīng)過(guò)中間繼電器KA的常開(kāi)來(lái)轉(zhuǎn)接給變頻器，但有些數(shù)控機(jī)床直接將數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的主軸正、反轉(zhuǎn)信號(hào)傳遞給變頻器，如上海華聯(lián)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)車(chē)C6130，然后再由變頻器來(lái)控制三相異步電機(jī)正反轉(zhuǎn)。那么，究竟何時(shí)可以直接連接，何時(shí)需要用中間繼電器進(jìn)行轉(zhuǎn)接呢？

事實(shí)上，第一個(gè)問(wèn)題主要與變頻器邏輯輸入類(lèi)型的設(shè)置有關(guān)。在介紹變頻器的邏輯輸入類(lèi)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(qū)動(dòng)裝置市場(chǎng)上流行的變頻器，有德國(guó)西門(mén)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(biāo)識(shí)為L(zhǎng)1、L2、L3。

（2）控制信號(hào)輸入端

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

（3）負(fù)載輸出端U、V、W

負(fù)載輸出端一般接三相異步電機(jī)的U、V、W相，有的標(biāo)識(shí)可能為T(mén)1、T2、T3。

（4）報(bào)警輸出端AL0（30C）、AL1(30B)

通過(guò)報(bào)警輸出端，可將變頻器的報(bào)警信號(hào)傳遞給數(shù)控系統(tǒng)。（5）保護(hù)端PD（+）、P（+）、RB保護(hù)端一般接制動(dòng)電阻或制動(dòng)單元。（6）接地端G

變頻器的接地端應(yīng)與接到數(shù)控機(jī)床的接地排上。

2 變頻器的邏輯輸入類(lèi)型

一般的變頻器邏輯輸入類(lèi)型有源型和漏型兩種。

漏型邏輯：當(dāng)信號(hào)輸入端子流出電流時(shí)，信號(hào)變?yōu)镺N，為漏型邏輯，即若使用的是正電源，如果此時(shí)電壓為低電平（0V），為漏型邏輯。

源型邏輯：當(dāng)信號(hào)輸入端子流入電流時(shí)，信號(hào)變?yōu)镺N，為源型邏輯，即若使用的是正電源，如果此時(shí)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(diǎn)流進(jìn)變頻器；漏型輸入是低電平有效，意思是電流從輸入點(diǎn)流出。從接線的角度上來(lái)講，源型輸入需要把公共端接成COM（直流24V的負(fù)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(shù)控系統(tǒng)與變頻器進(jìn)行連接前，應(yīng)首先根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的主軸正反轉(zhuǎn)信號(hào)輸出的電平高低，設(shè)置變頻器的邏輯輸入類(lèi)型或者選擇對(duì)應(yīng)邏輯輸入類(lèi)型的變頻器。一般的變頻器，端子輸入信號(hào)出廠時(shí)設(shè)置為漏型邏輯。

第二個(gè)問(wèn)題則既與變頻器的邏輯輸入類(lèi)型有關(guān)，又與數(shù)控系統(tǒng)輸出接口的類(lèi)型有關(guān)。

3 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字輸入、輸出接口的類(lèi)型

數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字輸出接口按其等效電路的不同可分為NPN和PNP兩種類(lèi)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(shù)控系統(tǒng)主軸正反轉(zhuǎn)控制指令的傳遞方式

數(shù)控系統(tǒng)向變頻器發(fā)出的正反轉(zhuǎn)控制指令有三種傳遞方式，即直接傳遞、利用轉(zhuǎn)接板傳遞和通過(guò)中間繼電器轉(zhuǎn)接。

4.1 直接傳遞

兩種情形可采用直接傳遞的方式來(lái)傳遞。情形一，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)輸出接口為NPN型，即低電平輸出有效時(shí)，若變頻器為漏型；情形二，數(shù)控系統(tǒng)輸出接口為PNP型，即高電平輸出有效時(shí)，若變頻器為源型，且數(shù)控系統(tǒng)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(jìn)行傳遞。

4.2 用輸出轉(zhuǎn)子板轉(zhuǎn)接

當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)輸出接口為NPN型，變頻器為源型；或者數(shù)控系統(tǒng)輸出接口為PNP型，變頻器為漏型，且數(shù)控系統(tǒng)與變頻器的高電平同為24或12V時(shí)，可采用用輸出轉(zhuǎn)子板轉(zhuǎn)接，如圖4所示。

圖4 用輸出轉(zhuǎn)子板轉(zhuǎn)接

4.3 中間繼電器轉(zhuǎn)接

采用中間繼電器轉(zhuǎn)接的情況有兩種。

第一種情況，是一般當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的正反轉(zhuǎn)指令信號(hào)的電平與變頻器邏輯輸入類(lèi)型不匹配時(shí)，可采用中間繼電器轉(zhuǎn)接的方式來(lái)傳遞。例如，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的正反轉(zhuǎn)指令信號(hào)的電平為高電平信號(hào)而變頻器為漏型時(shí)，或者數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的正反轉(zhuǎn)指令信號(hào)的電平為低電平信號(hào)而變頻器為源型時(shí)，就可采用中間繼電器轉(zhuǎn)接的方式來(lái)傳遞。當(dāng)然，也可通過(guò)更改變頻器的邏輯輸入類(lèi)型來(lái)直接控制。

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

4 結(jié)論

當(dāng)不同類(lèi)型的變頻器與數(shù)控系統(tǒng)互相連接時(shí)，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(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的正反轉(zhuǎn)信號(hào)為低電平信號(hào)，則應(yīng)選用漏型邏輯輸入的變頻器或?qū)⒆冾l器的類(lèi)型設(shè)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(yīng)采用中間繼電器轉(zhuǎn)接的傳遞方式；若數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的正反轉(zhuǎn)信號(hào)為高電平信號(hào)，則應(yīng)選用源型邏輯輸入的變頻器或?qū)⒆冾l器的類(lèi)型設(shè)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(yīng)采用中間繼電器轉(zhuǎn)接的數(shù)控系統(tǒng)主軸正反轉(zhuǎn)控制指令的傳遞方式。當(dāng)然，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的正反轉(zhuǎn)信號(hào)為高電平信號(hào)還是低電平信號(hào)，可以通過(guò)設(shè)置數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

[1]王侃夫.數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]杜金城.電氣變頻調(diào)速設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2001.

[3]高鐘毓.機(jī)電控制工程[M].北京：清華大學(xué)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(xué)研究課題“數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)理實(shí)一體化應(yīng)用研究”。