插齿机主轴精确定位方法

　针对插齿机主轴精确定位要求，先后尝试了接近开关定位、编码器零脉冲定位和NC回零定位三种定位方式，对这三种方式的试验方法、试验结果以及调试注意事项进行了说明，最终确定通过系统NC回零方式的定位稳定性和准确性最好。
　　1. 问题的提出
　　插齿机在启动、停止或进行调整时对主轴位置有比较严格的要求，如退刀时要求主轴上停，在进行大行程自动调整时也要求主轴有固定的停止位置。下面对我公司新产品YKW5165多功能插齿机（见图1）的主轴精确定位方法进行探讨。

　图1 YKW5165多功能插齿机

　　该新产品主轴采用了西门子交流伺服电动机作为动力单元，由于该电动机内置了增量式编码器，故在每次断电重启后，无论之前显示的位置是多少，均会将其重新设置为零，故不能保持通电前后位置的统一，也就无法满足对主轴的精确定位要求。为了解决此问题，在调试过程中，先后试验了以下几种定位方法。
　　2. 接近开关定位
　　通常情况下，采用主轴JOG运行信号，使主轴运行，当主轴与上停开关接触时，开关发讯，从而断开主轴JOG运行信号，主轴停止，实现定位。但这样定位的精度比较低，而且重复性不好，经测试定位误差在3°左右。另外，接近开关定位方式受主轴速度的影响很大，主轴冲程速度越高，定位误差越大，故这种定位方式不能满足设计要求。
　　3. 电动机编码器的零脉冲定位
　　因主轴电动机自带增量式编码器，故可以将主轴电动机当成增量式伺服电动机，当检测到外部开关信号后，电动机再找零脉冲，实现定位。但是，该轴设计时的减速比为25∶9，不是整数，通过试验证明该定位方式也有较大的定位误差，故该方法也不能满足设计要求。
　　4. NC系统回零定位
　　当系统通电后，第一次实现主轴定位控制时，首先利用外部开关发出的信号，给NC系统回零，保持每次零位一致，然后再进行定位控制。经过试验表明，该控制方式精度高、效果好，完全满足控制要求。在定位调试过程中，需要注意以下几个方面：
　　（1）元件选择：要求选择高精度的感应式接近开关作为检测元件，如施耐德XL118-BLPAL5C。
　　主轴定位的精度主要取决于接近开关的精度，当金属与接近开关接近时，接近开关产生上升沿信号（电平+24 V DC）。
　　（ 2 ）与西门子840D sl 数控系统连接。将接近开关输出接到NCU7×0.2的X122的12脚，并保持接近开关的地与X122的9脚共地（见图2）。

　图2 外部接近开关接线图

　　（ 3 ）系统参数设置：设定相关功能参数和轴参数。
　　MD34040=10，主轴以8 r/m in的速度定位；MD34060=720，搜索接近开关的最大距离是720° ；MD35300=10，主轴以8 r/min速度位置控制；MD35350=3，主轴正向定位。
　　（4）控制程序处理：自动方式下定位，编写加工程序实现定位要求，如SPOS=0，即主轴以10 r/min的速度定位到0°位置；手动方式下定位，通过PLC调用FC18，实现定位。PLC控制程序如下。
　　CALL “SpinCtrl”
　　Start:=M201.0
　　Stop:=M201.1
　　Funct:=B#16#1
　　Mode:=B#16#3
　　AxisNo:=6
　　Pos:=MD220
　　Frate:=1.000000e+001
　　InPos:=M201.2
　　Error:=M201.3
　　State:=MB244
　　主轴在进行回零、定位时，属于位置控制模式，主轴的减速比以MD31050[0]、MD31060[0]有效，需要正确设定相关参数。
　　通过系统N C回零的控制措施，主轴的定位得到了很好的控制。
　　5. 结语
　　NC系统回零定位这种程序控制方式不仅解决了插齿机主轴上停的要求，也解决了该新产品冲程长度自动定位调整问题，而且其定位稳定性和准确性都较好。