变频主轴的数控车床控制指令传递方式的探讨

孛 梅

（湖北随州职业技术学院 汽车分院，随州 441300）

变频主轴的数控车床控制指令传递方式的探讨

孛 梅

（湖北随州职业技术学院 汽车分院，随州 441300）

本文从变频主轴数控车床组装中出现的问题入手，探讨变频器的逻辑输入类型，总结主轴正反转控制指令的传递方式及适用范围。

变频主轴 漏型逻辑 源型逻辑

数控机床的主轴驱动系统也叫主轴传动系统，是指产生主切削运动的传动，是完成主运动的动力装置。它是数控机床的重要组成部分之一。主轴传动系统一般要求有较高的主轴变速范围。主轴的变速可分为有级变速、无级变速和分段无级变速三种方式。目前，大多数的数控机床采用无级变速或分段无级变速。无级变速系统根据控制方式的不同，主要有变频主轴系统、伺服主轴系统及电主轴三种。由于变频主轴价格便宜，我国绝大多数的中、低档的数控机床广泛采用变频主轴系统。然而，在组装或者维修变频主轴的数控机床时，经常发现以下两个问题：

第一，数控系统发出的主轴正、反转信号转接给变频器时，为什么变频器正反转信号的公共端有的接P24端子，有的接COM端子？

第二，虽然大多数数控机床数控系统发出的主轴正、反转信号，经过中间继电器KA的常开来转接给变频器，但有些数控机床直接将数控系统发出的主轴正、反转信号传递给变频器，如上海华联的经济型数车C6130，然后再由变频器来控制三相异步电机正反转。那么，究竟何时可以直接连接，何时需要用中间继电器进行转接呢？

事实上，第一个问题主要与变频器逻辑输入类型的设置有关。在介绍变频器的逻辑输入类型之前，必须清楚变频器的接线端子。

1 变频器的接线端子

目前，作为主轴驱动装置市场上流行的变频器，有德国西门子、日本日立、富士等。不同品牌的变频器接线端子有所不同，如图1所示为日立及富士变频器的接线端子及接线图。

图1 日立及富士变频器的接线端子及接线图

（1）电源输入端R、S、T

主电路电源输入端子接电源，有三相或单相之分。有些变频器的电源输入端标识为L1、L2、L3。

（2）控制信号输入端

在这些控制信号输入端中，FW（FWD）、8（REV）、COM、P24这一组端子用来控制三相异步电机的方向，FW（FWD）为正转信号输入端，8（REV）为反转信号输入端，COM、P24为方向信号输入的公共端，O（12）、L（11）为模拟信号电压的输入端。

（3）负载输出端U、V、W

负载输出端一般接三相异步电机的U、V、W相，有的标识可能为T1、T2、T3。

（4）报警输出端AL0（30C）、AL1(30B)

通过报警输出端，可将变频器的报警信号传递给数控系统。（5）保护端PD（+）、P（+）、RB保护端一般接制动电阻或制动单元。（6）接地端G

变频器的接地端应与接到数控机床的接地排上。

2 变频器的逻辑输入类型

一般的变频器逻辑输入类型有源型和漏型两种。

漏型逻辑：当信号输入端子流出电流时，信号变为ON，为漏型逻辑，即若使用的是正电源，如果此时电压为低电平（0V），为漏型逻辑。

源型逻辑：当信号输入端子流入电流时，信号变为ON，为源型逻辑，即若使用的是正电源，如果此时电压为高电平（PLC、变频器等一般为24V），则为源型逻辑。

源型输入就是高电平有效，意思是电流从输入点流进变频器；漏型输入是低电平有效，意思是电流从输入点流出。从接线的角度上来讲，源型输入需要把公共端接成COM（直流24V的负极），漏型输入需要把公共端接成P24（即直流24V的正极）。

因此，在数控系统与变频器进行连接前，应首先根据数控系统的主轴正反转信号输出的电平高低，设置变频器的逻辑输入类型或者选择对应逻辑输入类型的变频器。一般的变频器，端子输入信号出厂时设置为漏型逻辑。

第二个问题则既与变频器的逻辑输入类型有关，又与数控系统输出接口的类型有关。

3 数控系统数字输入、输出接口的类型

数控系统数字输出接口按其等效电路的不同可分为NPN和PNP两种类型，依次如图2、图3所示.

图2 NPN型

图3 PNP型

显然，NPN型低电平输出有效，而PNP型高电平输出有效。

4 数控系统主轴正反转控制指令的传递方式

数控系统向变频器发出的正反转控制指令有三种传递方式，即直接传递、利用转接板传递和通过中间继电器转接。

4.1 直接传递

两种情形可采用直接传递的方式来传递。情形一，当数控系统输出接口为NPN型，即低电平输出有效时，若变频器为漏型；情形二，数控系统输出接口为PNP型，即高电平输出有效时，若变频器为源型，且数控系统与变频器的高电平同为24V或12V。这两种情形下，可采用直接控制的方式进行传递。

4.2 用输出转子板转接

当数控系统输出接口为NPN型，变频器为源型；或者数控系统输出接口为PNP型，变频器为漏型，且数控系统与变频器的高电平同为24或12V时，可采用用输出转子板转接，如图4所示。

图4 用输出转子板转接

4.3 中间继电器转接

采用中间继电器转接的情况有两种。

第一种情况，是一般当数控系统发出的正反转指令信号的电平与变频器逻辑输入类型不匹配时，可采用中间继电器转接的方式来传递。例如，数控系统发出的正反转指令信号的电平为高电平信号而变频器为漏型时，或者数控系统发出的正反转指令信号的电平为低电平信号而变频器为源型时，就可采用中间继电器转接的方式来传递。当然，也可通过更改变频器的逻辑输入类型来直接控制。

第二种情况，是数控系统输出的高低电平与变频器所用高低电平不匹配时。例如，数控系统输出的高电平为12V，而变频器所用的高电平为24V时，也可采用中间继电器转接。

4 结论

当不同类型的变频器与数控系统互相连接时，特别要注意其逻辑是否相同。否则，连接后他们不能正常工作。若数控系统发出的正反转信号为低电平信号，则应选用漏型逻辑输入的变频器或将变频器的类型设置为漏型逻辑输入，然后直接连接。若是选用的为源型变频器，则应采用中间继电器转接的传递方式；若数控系统发出的正反转信号为高电平信号，则应选用源型逻辑输入的变频器或将变频器的类型设置为源型逻辑输入，然后直接连接。若是选用的为漏型变频器，则应采用中间继电器转接的数控系统主轴正反转控制指令的传递方式。当然，数控系统发出的正反转信号为高电平信号还是低电平信号，可以通过设置数控系统的参数来实现。

[1]王侃夫.数控机床控制技术与系统[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2]杜金城.电气变频调速设计技术[M].北京：中国电力出版社，2001.

[3]高钟毓.机电控制工程[M].北京：清华大学出版社，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

湖北省高教处教学研究课题“数控机床电气系统教学实训平台理实一体化应用研究”。