三菱數控系統主軸定位功能在臥式加工中心改造上的應用

徐 萍

(江漢大學機電與建筑工程學院，湖北 武漢 430056)

某機床廠有俄羅斯進口的大型臥式加工中心一臺,其電氣控制系統已經陳舊，現用三菱M70A數控系統進行改造。臥加的主軸部分有3檔,需要換刀和鏜孔,因此需要”主軸定位”功能。三菱數控系統是具備主軸定位功能的，但是在臥加的設備改造中使用主軸定位功能時遇到諸多問題，幾乎使設備改造陷于停頓。

1 外置編碼器做主軸定位

由于是主軸有3個檔位，所以第1方案是使用“外置編碼器”進行主軸定位。在編碼器安裝連接完畢后，啟動主軸運行出現下列現象：

1.1 故障現象1 上電后主軸不能回原點

上電后，發出“主軸正轉”或“主軸反轉”指令，主軸都按“正向旋轉”。發出M19主軸定位信號后，主軸一直旋轉，無法定位。在定位期間，按下“主軸停止”按鍵，主軸旋轉停止，手松開，主軸繼續旋轉。

用手動反向旋轉主軸2圈后，“主軸正轉”、“主軸反轉” 開始有效，主軸定位動作有效，而且能夠定位在“設定位置”(可以理解為主軸找到“原點”后，一切才正常)。

1.1.1 分析及判斷

(1)硬件及電纜正常(因為找到原點后的動作正常)。

(2)主軸運行怪異與參數有關。與主軸回原點相關的參數是#3106；#3106 參數是回原點規范。#3106參數實際上只規定了“回原點方向”。設置#3106 參數，(原參數=0004)，改為0000,0001,0002 。無論怎樣設置均無法消除以上故障現象。

(3)重新檢查了與使用外置編碼器相關的參數。表1是相關參數。

表1 外置編碼器的相關參數

設置參數的注意事項：

①參數#3025=2:使用外置編碼器。

②#3022設置主軸與編碼器齒輪比(減速比)。如果機床結構中主軸與編碼器不是1:1連接，必須設置此參數使之與機床結構相符合。#3022參數值(主軸齒輪齒數/編碼器齒輪齒數)。

③13017 的bit4：設置位置反饋極性。如果設置不當也會造成主軸速度不受控制。根據現場情況設置。

④#13019：設置位置檢測器分辨率。必須固定設置=4096。

現場調試時也曾設置為2048，但立即引起運行混亂，甚至導致主軸不能回原點。如果其他參數設置不當，系統也會報警“參數設置錯誤----#13019”。

⑤#13031：設置電機類型。由于是全閉環運行，必須設置bit3---6=4.(與常規設置不同)。如果是串行編碼器則設置6200。

⑥#13054：設置全閉環誤差檢測幅度。根據主軸電動機與主軸的連接方式：齒輪連接為#13054=360；同步帶連接為#13054=-1。

但要注意，即使主軸電動機與主軸是齒輪連接也有齒輪直接連接和中間加過渡輪的情況。所以即使在齒輪連接方式中，只要主軸旋轉方向與電動機相同，就可以認為是“同步帶”方式。

該參數設置不當，上電后主軸運行紊亂并報警。

⑦#13097 是專門用于外置編碼器的參數。必須設置#13097=-1。如果#13097設置錯誤，將出現#13019參數報警。

(4)判斷

從故障現象分析，無論設置主軸正向回零還是反向回零，都無法找到“原點”。在用手動反向旋轉主軸2圈后，才可以找到原點，說明“外置編碼器”的Z相脈沖是有效的。但是在上電后的自動回零時找不到原點，說明設置的回零方向與“外置編碼器”的回零方向相反。所以上電后手動逆方向運行可以找到主軸原點。

于是重新查看了機床圖紙中的編碼器安裝結構圖，結構圖表明：主軸與編碼器是通過單級齒輪連接。所以編碼器的旋轉方向始終與主軸相反，故無論在參數上如何設置“回零方向”，總是與實際外置編碼器的回零方向相反，所以才出現以上“找不到原點”的怪現象。

1.1.2 三菱數控系統對外置編碼器的安裝要求

MDS-D-SP/SPJ3的主軸結構圖如圖1。

從圖1 可以看出，主軸電動機與主軸之間可以通過齒輪或同步帶相連接。但是主軸與外置編碼器之間要求用“同步帶”連接。這是為了保證主軸與編碼器之間“旋轉方向相同，轉速相同”。如果主軸與編碼器之間是齒輪連接，也要通過加裝“中間過渡齒輪”達到“旋轉方向相同，轉速相同”的要求。

根據以上分析，要求廠家在主軸與編碼器之間加裝“中間過渡齒輪”達到“旋轉方向相同，轉速相同”的要求。

在設置相關參數后，可以正常執行主軸定位。

1.2 故障現象2第3檔定位時出現報警

使用“外置編碼器”進行主軸定位，在主軸第1檔、第2檔可正常進行。但是換擋至第3檔時，一啟動主軸正轉或反轉就馬上出現“速度偏差過大”報警。連續多次均是同一報警。因此必定是有一“固定因素”在起作用。

1.2.1 分析與檢查

仔細查看主軸齒輪箱結構圖，第1檔齒輪比=1:6, 第2檔齒輪比=1:2, 第3檔齒輪比=1:1, 從齒輪傳遞結構來看：在第1檔和第2檔，主軸電動機的旋轉方向與主軸方向相同，而在第3檔，經過齒輪傳遞后，主軸電動機與主軸的旋轉方向相反。這就是出現問題的原因。

在實際操作時，發出 “主軸正轉”指令(主軸電動機正轉)，而實際主軸反轉，從外置編碼器反饋到控制器的信號是“主軸反轉”，所以系統就立即發出“速度偏差過大”報警。

1.2.2 結論

由于必須保證主軸在各速度區間能夠正常運行，所以“外置編碼器”的主軸定位方式被放棄了，必須采用另外的方法。

2 接近開關定位法

在三菱數控系統中，其主軸驅動器MDS-D-SP和MDS-D-SPJ3 都具有“接近開關”主軸定位的方法。其實質是以外部接近開關的信號作為主軸原點，用以實現主軸定位。

2.1 接近開關的安裝與接線

感應塊應該與主軸剛性1:1連接，其感應信號引出線應該連接于主軸驅動器的CN9口。接近開關的接線如圖3所示。

2.2 相關參數的設置

(1)#3106 回原點參數。

建議設置 #3106=8000 (此時以接近開關為原點)?；卦c方向、定位方向均按此設置。

(2)#3108：定位位置調節量，單位為0.01°。

(3)#3109：Z相檢測速度。

(4)#13225：設置接近開關的檢測極性(接近開關定位功能專用參數)。

(5)#13227：接近開關檢測信號生效參數(最為重要參數)，#13227=4000。

2.3 出現的問題

接近開關安裝完畢，參數設置完成后出現過以下問題：

(1)上電后出現找不到原點，無法執行主軸定位.

將參數#13227修改為#13227=0000，上電后可以執行主軸回零，也可以定位。但是出現主軸定位位置不時發生混亂，斷電上電后原定位位置丟失，定位位置調節量斷電后丟失諸多怪現象。因此判斷是參數設置錯誤，就是#13227參數設置錯誤。經過仔細檢查：三菱主軸驅動器MDS-D-SP和MDS-D-SPJ3的接線圖是不同的。本次改造使用的是MDS-D-SP 主軸驅動器。而最初接線使用的是MDS-D-SPJ3的接線圖。所以出現了上述怪現象。這種接線方式也不是完全不能運行，只是出現不正常的運行現象。經過正常接線后，可以執行正?！爸鬏S定位”。

(2)接近開關信號時而有效時而無效。

在執行連續換刀的程序時發現，有時可以執行“主軸定位”， 有時不能執行“主軸定位”。經檢查，接近開關的電信號是有效的，應該調整接近開關的安裝位置。但反復調整接近開關的安裝位置后，仍然不能解決問題。最后檢查安裝在主軸上的感應塊，發現該感應塊是一活動的軸套，當主軸裝有刀具時，該軸套被鎖緊，當主軸未裝刀具時，該軸套處于活動狀態。所以造成了“接近開關信號時而有效時而無效”的狀態。

為此，將主軸感應擋塊重新制作，將其安裝在原來“外置編碼器”的位置，充分利用原有的結構。經過這樣的處理，終于實現了正確的主軸定位。

2.4 使用接近開關定位的要點

(1)必須保證感應塊的安裝是直接與主軸相連。如果是過渡連接，必須保證“旋轉方向、旋轉速度”與主軸完全一致。

(2)參數#3106、#13225、#13227最為重要。

(3) 參數的設置方法：先按各主軸標準參數設置。再重新設置以上相關參數。關鍵是#13227必須設置。

3 結語

主軸定位是數控系統的基本功能。但是在主軸多檔位的情況下，無論設計還是設備改造，必須對機械結構、外置編碼器、接近開關的電氣性能有足夠了解，在設備改造時要讀透主軸箱的機械結構圖紙，才能選定正確適用的主軸定位方案。否則就會出現1.2節描述的即使在第1第2檔能夠正常運行定位，也不能保證在其他檔位正常運行的情況。

[1]MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION .三菱數控系統MDS-D/DH系列使用說明書(IB-1500026-F)[Z].2010.

[2]MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.三菱數控系統70系列PLC接口說明書IB-1500276-D[Z].2005.

[3]MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.三菱數控系統70系列連接說明書IB-1500253[Z].2008.

[4]MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.三菱數控系統70系列設定說明書IB1500878-A[Z].2008.

[5]MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.三菱數控系統70系列使用說明書IB1500041-E[Z].2006

[6]MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.三菱數控系統70系列編程說明書IB1500073-D[Z].2006.

[7]MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.三菱數控系統MDS-D-SVJ3/SPJ3系列規格說明書IB 1500280-C[Z].2012

[8]MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.三菱數控系統MDS-D-SVJ3/SPJ3系列使用說明書IB 1500281-D[Z].2012.