本文研究的是日本生产的卧式数控坐标镗  ，这是 一台FANUC 16M系统的数控机床  ，既可以实现大扭 矩加工  ，又可以实现高速高精加工 。在精加工时主轴 最高转速可以达到6 000 r/min 。国内同类机床  ，主轴 直径在"100 mm以上正挂箱的卧式加工中心中  ，由于 主轴箱机械结构的限制  ，主轴最高转速一般在3 000 r/min,在目前的结构上突破4 500 r/min是非常困难 的  ，即便如此  ，在高转速区加工也可能带来噪声、震动  ， 精度差等影响加工质量的一系列问题 。相比之下  ，这 台卧式数控坐标镗机床的主轴转速在高速高精加工方 面更具有优势  ，从而使这台机床的加工范围更宽 。那 么制造商是如何实现这一优势的呢？本文重点讨论电气方面的控制原理 。
1机床主轴传动结构
主传动采用了两套传动机构  ，并使用了两台交流 主轴伺服电动机进行控制 。在使用大扭矩加工时, MAIN主轴电动机和主轴是通过一套j9九游会平台传动机构连 接的  ，通过一系列的j9九游会平台啮合将主轴电动机的动力传 到主运动,增大主运动的扭矩 。
实例:MAIN电动机选择的是以增大机床的切削 能力为前提的  ，选择的是aL 15/6000型主轴电动机, 15 kW 。在需要高精加、主轴转速达到530 r/min以上 时,切换到SUB主轴电动机 。SUB电动机和主轴是1:1直连的  ，选用的是双绕组aL 26 /10000型电动机, 18.5 kW(如图 1) 。
2主轴运动的机械特性
主轴转速在20?530 r/min以下,MAIN主轴电动机通过一系列j9九游会平台传递将动力传递到主运动,531?6 000 r/min切换到SUB主轴电动机,和主轴1:1连接 。其中在530?2 000 r/min范围,SUB主轴电动机的低速绕组工作;2 001?6 000 r/min范围,SUB主轴电动机的高速绕组区工作 。主运动的机械特性如图2所示  。

3电气控制原理
(1) 该机床电气控制系统采用FANUC 16M数控 系统 。
(2) 主传动的主轴电动机分别采用aL15/6000和 aL26 /10000两种型号主伺服电动机  ，其中后者为双 绕组主轴电机 。
(3) 采用一台主轴伺服放大器控制两台主轴电动 机 。硬件线路进行互锁  ，保证两台电动机不能同时工作 。
⑷利用FANUC系统主轴切换控制功能  ，控制切 换aL15/6000和aL 26 /10000两台主电动机的工作 。 通过两台主电动机在不同转速区的工作时段  ，获得不 同的电动机特性  ，来提高机床的加工能力 。进行主轴 切换时  ，需要使电动机停下来 。
(1) 利用FANUC系统主轴输出切换控制功能  ，控 制切换双绕组aL 26 /10000电动机的转速区  ，实现在 高转速下的扭矩切换 。此功能应用时要切换离合/齿 轮信号（CTH1A、CTH2A),以便在低速特性和高速特 性下分别进行速度环路增益等的设定 。
4主轴控制电气系统框图
主轴控制电气系统框图如图3所示 。
5电气控制中需要解决的关键问题
(1) 实现两台主电动机最优化运行  ，在主电动机 切换控制中  ，应考虑避免两台主电机同时得电,在电气 硬件和软件控制中要进行互锁保护 。
(2) 主轴高档转速控制中  ，在SUB主电动机双绕 组切换控制中  ，应考虑避免双绕组同时得电  ，在电气硬 件和软件控制中要进行互锁保护 。
(3) 两台主轴电动机分别驱动主轴时  ，M19的定 向位置要一致 。
(4) 主轴3个档位变速的控制 。
6主电动机连接图
SPM主轴放大器  ，使用与两台电动机对应的放大 器中容量较大者 。通过来自PMC的切换指令,切换控 制MAIN主轴电动机和SUB主轴电动机 。为了更加 切实地检测动力线的状态  ，输入MAIN主轴电动机和 SUB主轴电动机的电磁接触器的状态  ，在输出动力线 切换信号（CHPA)后,如果在1 s内没有输入电磁接触 器状态信号（MCFNA、MFNHGA),则会有主轴报警15 发出（如图4、5、6所示） 。
7主轴切换控制相关的PLC接口信号
主轴切换控制是利用1台主轴放大器来切换并驱 动2台主轴电动机的一种功能 。此功能可适用于使用 不同时驱动的2台主轴电动机 。
7.1 G71.2主轴切换请求信号（SPSLA)
(1) 本信号作为选择主轴电动机的指令信号 使用 。
0:选择MAIN主轴电动机 。
1:选择SUB主轴电动机 。
(2) 在停止主轴电动机后  ，改变本信号 。作为用 来确认主轴电动机停止的输出信号  ，备有速度零信号
(SSTA) 。
(3) 在进行切换操作时  ，需要断开电动机的动力  ， 因此  ，请将旋转指令（SFRA、SRVA)和定向指令 (ORMCA)设为 0 。
7.2 G71.3 SUB主轴电动机用电磁接触器状态信号 (MCFNA)
⑴输入SUB主轴电机用电磁接触器（MCC)的开闭 状态信号 。
0:SUB主轴电动机用的电磁接触器处在断开
(OFF)状态
1:SUB主轴电动机用的电磁接触器处在接通 (ON)状态
(1) 通常  ，原封不动地输入SUB主轴电动机用电 磁接触器的辅助接点（A接点）状态 。
(2) 参数No. 4014#2 =0时,本信号作为动力线状 态确认信号使用  ，输入用来切换主轴电动机的动力线 切换的电磁接触器选择状态 。
0:选择MAIN主轴电动机 1:选择SUB主轴电动机
7.3 F46.0动力线切换信号（CHPA)
(1) 此系用来选择主轴电动机的动力线切换的电 磁接触器的指令信号 。
0:选择MAIN主轴电动机用的电磁接触器 1:选择SUB主轴电动机用的电磁接触器
(2) 在确认输入主轴切换请求信号（SPSLA)时, 电动机停止  ，动力被切断之后  ，本信号即被输出 。请根 据本信号进行电磁接触器的切换 。
(3) 在从SUB电动机切换至MAIN电动机时  ，当 SUB电动机停止  ，动力被断开时  ，本信号在接到主轴 切换请求信号（SPSLA)后  ，由1变为0 。由此,首先关 闭SUB电动机用的电磁接触器 。接着,在确认SUB电 机用的电磁接触器已经关闭后  ，打开MAIN电动机用 电磁接触器 。
(4)在MAIN电动机切换到SUB电动机时  ，当 MAIN电动机停止,动力被切断时  ，本信号在接到主轴 切换请求信号（SPSLA)后  ，由0变为1 。由此,首先关 闭MAIN电动机用的电磁接触器 。接着  ，在确认已经 关闭MAIN电动机用的电磁接触器后  ，打开SUB电机 用电磁接触器 。
7.4 F46.1主轴切换结束信号（CFINA)
(1) 主轴切换操作结束  ，输出控制哪个主轴电机 的信息 。
0:控制MAIN主轴电机 1:控制SUB主轴电机
(2) 主轴切换请求信号（SPSLA)发生变化  ，在确 认本信号与主轴切换请求信号一致之后  ，转入下一步 操作 。
(3) 在切换操作中  ，需要断开电机的动力  ，因此  ， 请事先切断旋转指令（SFRA、SRVA)以及定向指令 (ORCMA) 。
7.5 F45.1速度零信号（SSTA)
(1) 输出主轴电机速度是否大于等于或者小于等 于速度零检测 。
0:电动机在^速度检测水平下旋转 1:电动机在^速度检测水平下停止
(2) 进行主轴切换时  ，需要使电动机停下来 。请 在确认电动机是否已经停止时使用本信号 。
7.6控制时序
实例中仅通过与动力线状态确认信号（MCFNA) 之间的确认来进行主轴切换操作（参数No. 4014#2 = 0),如图7所示 。
7.7 PLC程序
主轴切换部分PLC程序如图8所示 。
7.8主轴切换相关参数设置（表1)
8速度切换控制的PLC接口信号
速度切换控制的使用方法有根据速度指令切换和 根据实际电动机速度切换的两种方法 。实例中采用根 据速度指令切换绕组的方法 。
8.1 G71.6输出切换请求信号（RSLA)
(1) 本信号作为选择输出特性的指令信号使用 。
0:选择高速特性 。
1:选择低速特性 。
(2) 根据速度指令（S指令）设定的方法  ，输入本 指令信号  ，以便在速度指令小于等于切换速度时切换 至低速特性  ，速度指令大于等于切换速度时切换至高速特性 。在大于等于切换速度的旋转区域  ，当本信号 由0变为1时  ，会马上切换至低速特性 。
8.2 G71.7低速特性用电磁接触器状态信号(RCHA)
(1)输入主轴电动机的低速特性用电磁接触器(MCC)的开闭状态信号 。
0:低速特性用的电磁接触器在断开（OFF)状态 1:低速特性用的电磁接触器在接通（ON)状态
(2) 通常  ，原封不动地输入低速特性用电磁接触 器的辅助接点（A接点）状态 。
(3) 参数No.4014#3 =0时,本信号作为动力线状 态确认信号使用  ，输入用来切换主轴电动机的输出特 性的电磁接触器的选择状态 。
0:选择高速特性
1:选择低速特性
8.3 F46.2动力线切换信号（RCHPA)
(1)此系用来选择主轴电动机的输出特性切换用 的电磁接触器的指令信号 。

0:选择高速特性用的电磁接触器
1:选择低速特性用的电磁接触器
(2) 本信号在接到输出切换请求信号（RSLA)的 输入被输出 。请根据本信号进行电磁接触器的切换 。
(3) 在从低速特性切换至高速特性时  ，本信号在 接到输出切换请求信号（RSLA)后  ，由1变为0 。此 时  ，电动机的动力会自动断开  ，因此  ，首先断开低速特 性用的电磁接触器 。接着  ，在确认低速特性用的电磁 接触器已经断开之后  ，接通高速特性用电磁接触器 。
(4) 在从高速特性切换至低速特性时  ，本信号在 接到输出切换请求信号（RSLA)之后  ，由0变为1 。此时  ，电动机的动力会自动断开  ，因此  ，首先断开高速特 性用的电磁接触器 。接着  ，在确认高速特性用的电磁 接触器已经断开之后  ，接通低速特性用电磁接触器 。 8.4 F46.3动力线切换结束信号（RCFNA)
(1) 主轴电动机的输出切换操作结束  ，输出受哪 个输出特性控制的信息 。
0:受高速特性控制 1:受低速特性控制
(2) 输出切换请求信号（RSLA)发生变化,在确认 本信号与输出切换请求信号一致之后  ，转入下一步 操作 。
8.5控制时序
实例中仅确认动力线状态确认信号（RCHA)后进 行输出切换操作（参数N〇.4014#3 =0) 。
(1)低速特性—高速特性的切换操作  ，如图9 所示 。
(2)高速特性—低速特性的切换操作  ，如图10所示 。
8.6实例中的PLC程序
速度切换部分PLC程序如图11所示 。 8.7实例中相关参数设置
实例中相关参数设置见表2 。

表2具体方法中有关于参数表快速设置