“非直连型主轴无同期编码器主轴定位技术开发”
摘要：本文介绍了基于三菱E60数控系统的主轴定位的一种新方法，该方法使用宏程序和多点分度定位指令实现了非直连型主轴的无同期编码器定位，对有特殊要求的工作机床有实际意义。
关键词：数控机床；主轴定位；宏程序；多点分度指令
1.问题的提出
某客户的立式专用铣床配用三菱E60数控系统，
其主轴驱动器型号：MDS-B-SPJ2-75；
主轴电机型号：SJ-PF-7.5；
主轴与主轴电机之间通过同步齿轮皮带连接，减速比2：1
要求主轴能够定位；
三菱数控系统（E60）对于主轴定位有如下限制：
（1）主轴与主轴电机1:1连接，可以使用主轴内置编码器（简称PLG）直接定位；
（2）当主轴与主轴电机不是1:1连接时，不能使用主轴内置编码器（PLG）直接定位。要求在主轴上安装一编码器（简称ENC）用以检测主轴的实际位置，将该编码器（ENC）的信号输入到“基本I/O”的“同期编码器接口”，通过使用同期编码器实现定位。
但是客户的机械设计和制造已经完成，没有空间安装“同期编码器”，而该机床又必须实现主轴定位功能，用以完成精密镗孔后的退刀动作。
针对客户的特殊要求，能否在不使用“同期编码器”的条件下，实现主轴定位呢？
2.对主轴定位的简要分析
主轴定位是控制系统检测到主轴电机编码器（PLG）的“Z向脉冲”后，在“Z向脉冲”位置停止。主轴电机编码器每转一圈就发出一“Z向脉冲”，在主轴与主轴电机1:1连接时，主轴可以定位在“Z向脉冲位置”，而在主轴与主轴电机2:1连接时，主轴就可能停止在2个位置，（简称“1位”和“2 位”）两个位置之间相差180°，控制系统本身不能判断到底定位在那个位置，那么现在的问题不是系统不能定位，而是转化为对定位位置的判断，如果系统内部不能判断，则可以通过外部信号进行检测判断。
假定加工要求的定位位置为“1位”，如果定位位置不在1位，而是定位在“2位”，由于主轴当前位置为“1位”，有了基准，则可以通过控制系统的“多点分度定位功能”重新进行一次定位，使其定位在“1位”。
或者通过检测其定位位置，改变后续加工程序的流程，也可以满足其加工要求。
3.主轴定位的新方案
经过与客户沟通，决定采用以下方案：
1.在主轴上部安装1个检测开关，用该检测信号来检测主轴定位的实际位置。
2.通过PLC程序的处理和宏程序处理来解决“二次定位”的问题。
4.自动及手动模式下的程序处理；
4.1自动模式下的宏程序处理
在自动加工模式下，用M19发出定位指令，如果定位不在“1位”，必须再进行一次定位，使其到达“1位”。
对于这样的工作要求，用宏程序进行处理比较方便：
为此编制宏程序如下：
9100---宏程序号
N10M6-------发出“一次定位指令”
N20IF[#1032EQ10]GOTO100----定位位置判断。
如果定位完成就跳至程序结束步
N30M11--------设置定位数值；
N40M16---------发“分度定位指令”；
N50M14---------定位数值清零
N100M99-----程序结束；
图1自动模式下与定位宏程序对应的PLC程序
与9100号宏程序对于的PLC程序如图1所示：
在图1所示的PLC程序中：
（1）X246是系统内部发出的“定位完成”信号，每次“主轴电机”定位完成，系统就发出该信号。但是X246不是“主轴”实际定位完成信号。
程序中第24--27步是笔者设计的“实际定位完成信号----M280”和“定位未完成信号-----M282”;
（2）程序中第30--33步是将定位位置判断信号传至文件寄存器R72，R72是PLC程序与宏程序的接口，对应宏程序中#1032变量。
（3）程序第36步：当定位未完成时，用“定位未完成信号-----M282”切断Y2D6自保持（Y2D6---主轴定位接口），由M6发出的“一次定位”指令功能结束。
（4）由宏程序发出“定位数据设置指令----M11”和“分度定位指令----M16”。
“分度定位指令”可以使主轴电机在360°内任意位置定位（定位精度360/4096=0.09°），但必须设定“定位数据”，“定位数据”要预先设置在文件寄存器R149内，因此在M16指令发出之前，先发出M11。
程序第42步就是向R149设置数据。
程序第45步发出“分度定位指令------驱动Y2D4”
注意对接口Y2D4的驱动要使用脉冲型指令，这样当设置不同的数据时，就可以定位在不同位置。
4.2手动模式下的PLC程序处理
在手动模式下也必须具备主轴定位功能，这是方便操作者调整刀具位置，手动主轴定位的PLC程序如图2：
在图2所示的PLC程序中：
（1）第0—6步与自动模式相同；
（2）程序第9步当定位未完成时，用“定位未完成信号-----M282”发出一“分度定位指令---M285”。
分度定位指令可以使主轴电机在360°内任意位置定位，但必须设定“定位数据”，“定位数据”要预先设置在文件寄存器R149内。
程序第17步就是向R149设置数据并发出“分度定位指令------驱动Y2D4”。
5.结语：这种新开发的主轴定位方法在客户机床上使用完全满足了客户的要求。
新开发的主轴定位方法具有下列特点：
（1）硬件配置简单，节约成本，一个编码器价位在千元左右，而一个接近开关仅为百元之内。
（2）安装方便，特别是对于主轴部分空间很小的机床尤为适用。接近开关只需简单的机械支架固定，而编码器需要通过联轴器与主轴相连接。
（3）可靠性高。接近开关只有一个输入信号，而编码器有多个信号，要制作专用电缆。特别是编码器还容易受到外部信号（变频器，焊接电源）的干扰。
（4）适应范围有限：这种方法只适应减速比为整数，而且对主轴的要求只限于定位的场合。而对于要求刚性攻丝，车削螺纹，同步运行的场合是不适用的。
关键词：数控机床；主轴定位；宏程序；多点分度指令
1.问题的提出
某客户的立式专用铣床配用三菱E60数控系统，
其主轴驱动器型号：MDS-B-SPJ2-75；
主轴电机型号：SJ-PF-7.5；
主轴与主轴电机之间通过同步齿轮皮带连接，减速比2：1
要求主轴能够定位；
三菱数控系统（E60）对于主轴定位有如下限制：
（1）主轴与主轴电机1:1连接，可以使用主轴内置编码器（简称PLG）直接定位；
（2）当主轴与主轴电机不是1:1连接时，不能使用主轴内置编码器（PLG）直接定位。要求在主轴上安装一编码器（简称ENC）用以检测主轴的实际位置，将该编码器（ENC）的信号输入到“基本I/O”的“同期编码器接口”，通过使用同期编码器实现定位。
但是客户的机械设计和制造已经完成，没有空间安装“同期编码器”，而该机床又必须实现主轴定位功能，用以完成精密镗孔后的退刀动作。
针对客户的特殊要求，能否在不使用“同期编码器”的条件下，实现主轴定位呢？
2.对主轴定位的简要分析
主轴定位是控制系统检测到主轴电机编码器（PLG）的“Z向脉冲”后，在“Z向脉冲”位置停止。主轴电机编码器每转一圈就发出一“Z向脉冲”，在主轴与主轴电机1:1连接时，主轴可以定位在“Z向脉冲位置”，而在主轴与主轴电机2:1连接时，主轴就可能停止在2个位置，（简称“1位”和“2 位”）两个位置之间相差180°，控制系统本身不能判断到底定位在那个位置，那么现在的问题不是系统不能定位，而是转化为对定位位置的判断，如果系统内部不能判断，则可以通过外部信号进行检测判断。
假定加工要求的定位位置为“1位”，如果定位位置不在1位，而是定位在“2位”，由于主轴当前位置为“1位”，有了基准，则可以通过控制系统的“多点分度定位功能”重新进行一次定位，使其定位在“1位”。
或者通过检测其定位位置，改变后续加工程序的流程，也可以满足其加工要求。
3.主轴定位的新方案
经过与客户沟通，决定采用以下方案：
1.在主轴上部安装1个检测开关，用该检测信号来检测主轴定位的实际位置。
2.通过PLC程序的处理和宏程序处理来解决“二次定位”的问题。
4.自动及手动模式下的程序处理；
4.1自动模式下的宏程序处理
在自动加工模式下，用M19发出定位指令，如果定位不在“1位”，必须再进行一次定位，使其到达“1位”。
对于这样的工作要求，用宏程序进行处理比较方便：
为此编制宏程序如下：
9100---宏程序号
N10M6-------发出“一次定位指令”
N20IF[#1032EQ10]GOTO100----定位位置判断。
如果定位完成就跳至程序结束步
N30M11--------设置定位数值；
N40M16---------发“分度定位指令”；
N50M14---------定位数值清零
N100M99-----程序结束；
图1自动模式下与定位宏程序对应的PLC程序
与9100号宏程序对于的PLC程序如图1所示：
在图1所示的PLC程序中：
（1）X246是系统内部发出的“定位完成”信号，每次“主轴电机”定位完成，系统就发出该信号。但是X246不是“主轴”实际定位完成信号。
程序中第24--27步是笔者设计的“实际定位完成信号----M280”和“定位未完成信号-----M282”;
（2）程序中第30--33步是将定位位置判断信号传至文件寄存器R72，R72是PLC程序与宏程序的接口，对应宏程序中#1032变量。
（3）程序第36步：当定位未完成时，用“定位未完成信号-----M282”切断Y2D6自保持（Y2D6---主轴定位接口），由M6发出的“一次定位”指令功能结束。
（4）由宏程序发出“定位数据设置指令----M11”和“分度定位指令----M16”。
“分度定位指令”可以使主轴电机在360°内任意位置定位（定位精度360/4096=0.09°），但必须设定“定位数据”，“定位数据”要预先设置在文件寄存器R149内，因此在M16指令发出之前，先发出M11。
程序第42步就是向R149设置数据。
程序第45步发出“分度定位指令------驱动Y2D4”
注意对接口Y2D4的驱动要使用脉冲型指令，这样当设置不同的数据时，就可以定位在不同位置。
4.2手动模式下的PLC程序处理
在手动模式下也必须具备主轴定位功能，这是方便操作者调整刀具位置，手动主轴定位的PLC程序如图2：
在图2所示的PLC程序中：
（1）第0—6步与自动模式相同；
（2）程序第9步当定位未完成时，用“定位未完成信号-----M282”发出一“分度定位指令---M285”。
分度定位指令可以使主轴电机在360°内任意位置定位，但必须设定“定位数据”，“定位数据”要预先设置在文件寄存器R149内。
程序第17步就是向R149设置数据并发出“分度定位指令------驱动Y2D4”。
5.结语：这种新开发的主轴定位方法在客户机床上使用完全满足了客户的要求。
新开发的主轴定位方法具有下列特点：
（1）硬件配置简单，节约成本，一个编码器价位在千元左右，而一个接近开关仅为百元之内。
（2）安装方便，特别是对于主轴部分空间很小的机床尤为适用。接近开关只需简单的机械支架固定，而编码器需要通过联轴器与主轴相连接。
（3）可靠性高。接近开关只有一个输入信号，而编码器有多个信号，要制作专用电缆。特别是编码器还容易受到外部信号（变频器，焊接电源）的干扰。
（4）适应范围有限：这种方法只适应减速比为整数，而且对主轴的要求只限于定位的场合。而对于要求刚性攻丝，车削螺纹，同步运行的场合是不适用的。
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：汪
：18652619050
： LS产电/LS电气 一级总代理
