摘要：本文介紹了基于三菱E60數(shù)控系統(tǒng)的主軸定位的一種新方法，該方法使用宏程序和多點(diǎn)分度定位指令實(shí)現(xiàn)了非直連型主軸的無(wú)同期編碼器定位，對(duì)有特殊要求的工作機(jī)床有實(shí)際意義。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；主軸定位；宏程序；多點(diǎn)分度指令

　　1.問(wèn)題的提出

　　某客戶的立式專用銑床配用三菱E60數(shù)控系統(tǒng)，

　　其主軸驅(qū)動(dòng)器型號(hào)：MDS-B-SPJ2-75；

　　主軸電機(jī)型號(hào)：SJ-PF-7.5；

　　主軸與主軸電機(jī)之間通過(guò)同步齒輪皮帶連接，減速比2：1

　　要求主軸能夠定位；

　　三菱數(shù)控系統(tǒng)（E60）對(duì)于主軸定位有如下限制：

　?。?）主軸與主軸電機(jī)1:1連接，可以使用主軸內(nèi)置編碼器（簡(jiǎn)稱PLG）直接定位；

　　（2）當(dāng)主軸與主軸電機(jī)不是1:1連接時(shí)，不能使用主軸內(nèi)置編碼器（PLG）直接定位。要求在主軸上安裝一編碼器（簡(jiǎn)稱ENC）用以檢測(cè)主軸的實(shí)際位置，將該編碼器（ENC）的信號(hào)輸入到“基本I/O”的“同期編碼器接口”，通過(guò)使用同期編碼器實(shí)現(xiàn)定位。

　　但是客戶的機(jī)械設(shè)計(jì)和制造已經(jīng)完成，沒(méi)有空間安裝“同期編碼器”，而該機(jī)床又必須實(shí)現(xiàn)主軸定位功能，用以完成精密鏜孔后的退刀動(dòng)作。

　　針對(duì)客戶的特殊要求，能否在不使用“同期編碼器”的條件下，實(shí)現(xiàn)主軸定位呢？

　　2.對(duì)主軸定位的簡(jiǎn)要分析

　　主軸定位是控制系統(tǒng)檢測(cè)到主軸電機(jī)編碼器（PLG）的“Z向脈沖”后，在“Z向脈沖”位置停止。主軸電機(jī)編碼器每轉(zhuǎn)一圈就發(fā)出一“Z向脈沖”，在主軸與主軸電機(jī)1:1連接時(shí)，主軸可以定位在“Z向脈沖位置”，而在主軸與主軸電機(jī)2:1連接時(shí)，主軸就可能停止在2個(gè)位置，（簡(jiǎn)稱“1位”和“2位”）兩個(gè)位置之間相差180°，控制系統(tǒng)本身不能判斷到底定位在那個(gè)位置，那么現(xiàn)在的問(wèn)題不是系統(tǒng)不能定位，而是轉(zhuǎn)化為對(duì)定位位置的判斷，如果系統(tǒng)內(nèi)部不能判斷，則可以通過(guò)外部信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)判斷。

　　假定加工要求的定位位置為“1位”，如果定位位置不在1位，而是定位在“2位”，由于主軸當(dāng)前位置為“1位”，有了基準(zhǔn)，則可以通過(guò)控制系統(tǒng)的“多點(diǎn)分度定位功能”重新進(jìn)行一次定位，使其定位在“1位”。

　　或者通過(guò)檢測(cè)其定位位置，改變后續(xù)加工程序的流程，也可以滿足其加工要求。

　　3.主軸定位的新方案

　　經(jīng)過(guò)與客戶溝通，決定采用以下方案：

　　1.在主軸上部安裝1個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)，用該檢測(cè)信號(hào)來(lái)檢測(cè)主軸定位的實(shí)際位置。

　　2.通過(guò)PLC程序的處理和宏程序處理來(lái)解決“二次定位”的問(wèn)題。

　　4.自動(dòng)及手動(dòng)模式下的程序處理；

　　4.1自動(dòng)模式下的宏程序處理

　　在自動(dòng)加工模式下，用M19發(fā)出定位指令，如果定位不在“1位”，必須再進(jìn)行一次定位，使其到達(dá)“1位”。

　　對(duì)于這樣的工作要求，用宏程序進(jìn)行處理比較方便：

　　為此編制宏程序如下：

　　9100---宏程序號(hào)

　　N10M6-------發(fā)出“一次定位指令”

　　N20IF[#1032EQ10]GOTO100----定位位置判斷。

　　如果定位完成就跳至程序結(jié)束步

　　N30M11--------設(shè)置定位數(shù)值；

　　N40M16---------發(fā)“分度定位指令”；

　　N50M14---------定位數(shù)值清零

　　N100M99-----程序結(jié)束；

　　圖1自動(dòng)模式下與定位宏程序?qū)?yīng)的PLC程序

　　與9100號(hào)宏程序?qū)τ诘腜LC程序如圖1所示：

　　在圖1所示的PLC程序中：

　?。?）X246是系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)出的“定位完成”信號(hào)，每次“主軸電機(jī)”定位完成，系統(tǒng)就發(fā)出該信號(hào)。但是X246不是“主軸”實(shí)際定位完成信號(hào)。

　　程序中第24--27步是筆者設(shè)計(jì)的“實(shí)際定位完成信號(hào)----M280”和“定位未完成信號(hào)-----M282”;

　?。?）程序中第30--33步是將定位位置判斷信號(hào)傳至文件寄存器R72，R72是PLC程序與宏程序的接口，對(duì)應(yīng)宏程序中#1032變量。

　?。?）程序第36步：當(dāng)定位未完成時(shí)，用“定位未完成信號(hào)-----M282”切斷Y2D6自保持（Y2D6---主軸定位接口），由M6發(fā)出的“一次定位”指令功能結(jié)束。

　?。?）由宏程序發(fā)出“定位數(shù)據(jù)設(shè)置指令----M11”和“分度定位指令----M16”。

　　“分度定位指令”可以使主軸電機(jī)在360°內(nèi)任意位置定位（定位精度360/4096=0.09°），但必須設(shè)定“定位數(shù)據(jù)”，“定位數(shù)據(jù)”要預(yù)先設(shè)置在文件寄存器R149內(nèi)，因此在M16指令發(fā)出之前，先發(fā)出M11。

　　程序第42步就是向R149設(shè)置數(shù)據(jù)。

　　程序第45步發(fā)出“分度定位指令------驅(qū)動(dòng)Y2D4”

　　注意對(duì)接口Y2D4的驅(qū)動(dòng)要使用脈沖型指令，這樣當(dāng)設(shè)置不同的數(shù)據(jù)時(shí)，就可以定位在不同位置。

　　4.2手動(dòng)模式下的PLC程序處理

　　在手動(dòng)模式下也必須具備主軸定位功能，這是方便操作者調(diào)整刀具位置，手動(dòng)主軸定位的PLC程序如圖2：

　　在圖2所示的PLC程序中：

　?。?）第0—6步與自動(dòng)模式相同；

　　（2）程序第9步當(dāng)定位未完成時(shí)，用“定位未完成信號(hào)-----M282”發(fā)出一“分度定位指令---M285”。

　　分度定位指令可以使主軸電機(jī)在360°內(nèi)任意位置定位，但必須設(shè)定“定位數(shù)據(jù)”，“定位數(shù)據(jù)”要預(yù)先設(shè)置在文件寄存器R149內(nèi)。

　　程序第17步就是向R149設(shè)置數(shù)據(jù)并發(fā)出“分度定位指令------驅(qū)動(dòng)Y2D4”。

　　5.結(jié)語(yǔ)：這種新開(kāi)發(fā)的主軸定位方法在客戶機(jī)床上使用完全滿足了客戶的要求。

　　新開(kāi)發(fā)的主軸定位方法具有下列特點(diǎn)：

　?。?）硬件配置簡(jiǎn)單，節(jié)約成本，一個(gè)編碼器價(jià)位在千元左右，而一個(gè)接近開(kāi)關(guān)僅為百元之內(nèi)。

　　（2）安裝方便，特別是對(duì)于主軸部分空間很小的機(jī)床尤為適用。接近開(kāi)關(guān)只需簡(jiǎn)單的機(jī)械支架固定，而編碼器需要通過(guò)聯(lián)軸器與主軸相連接。

　?。?）可靠性高。接近開(kāi)關(guān)只有一個(gè)輸入信號(hào)，而編碼器有多個(gè)信號(hào)，要制作專用電纜。特別是編碼器還容易受到外部信號(hào)（變頻器，焊接電源）的干擾。

　　（4）適應(yīng)范圍有限：這種方法只適應(yīng)減速比為整數(shù)，而且對(duì)主軸的要求只限于定位的場(chǎng)合。而對(duì)于要求剛性攻絲，車(chē)削螺紋，同步運(yùn)行的場(chǎng)合是不適用的。

　　-------------完-------------------------

　　作者簡(jiǎn)介：李永翔男1963年生工程師。長(zhǎng)期從事工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用研究。發(fā)表數(shù)控應(yīng)用技術(shù)論文多篇