圖3為主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的連接電路。MDS-A-SPJA系列主軸驅(qū)動(dòng)器上共有9個(gè)強(qiáng)電接線端子和3個(gè)信號(hào)電纜插座CN1，CN2，CN3。9個(gè)強(qiáng)電接線端子分別為：AC 220V三相電源進(jìn)線R，S，T，交-直-交變頻主回路的直流側(cè)能耗制動(dòng)電阻接線端子C，P，向主軸電機(jī)供電的變頻輸出動(dòng)力線端子U，V，W及屏蔽線接線端子PE。信號(hào)電纜CN3用于連接CNC系統(tǒng)及PC機(jī)，其中SE1，SE2用來(lái)接受數(shù)控系統(tǒng)的模擬電壓指令(±10V)，SYA，SYA，SYB，SYB3，SYC與SYC3是從主軸驅(qū)動(dòng)單元送回CNC的當(dāng)前速度反饋信號(hào)線(6根分為A，B兩相各2根，零脈沖Z相2根)，TX1，RX1，GND則分別為串行發(fā)送、接收信號(hào)線及地線，用于連接PC機(jī)的串行口，作主軸驅(qū)動(dòng)單元的運(yùn)行參數(shù)、準(zhǔn)停參數(shù)預(yù)設(shè)定及主軸狀態(tài)監(jiān)控，正常運(yùn)行時(shí)不必連接。CN2是三菱公司提供的標(biāo)準(zhǔn)電纜，用來(lái)傳遞主軸編碼器對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)單元的速度/位置反饋信號(hào)。CN1電纜有40線之多，主要作為主軸的軸控PLC信號(hào)，被連接于數(shù)控系統(tǒng)PMC的I/O點(diǎn)，以完成CNC對(duì)主軸的狀態(tài)監(jiān)控及動(dòng)作控制。CN1中有代表性的信號(hào)為：FA，F(xiàn)C，OSSEND，INCW，INCCW，INALM由主軸驅(qū)動(dòng)器發(fā)向數(shù)控系統(tǒng)的PMC，傳遞主軸驅(qū)動(dòng)器的當(dāng)前狀態(tài)，即FA與FC接通表示主軸報(bào)警，OSSEND指示主軸準(zhǔn)停動(dòng)作已經(jīng)到位，INCW，INCCW，INALM則指示主軸處于正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)還是報(bào)警中;REDAY，SRI，SRN，OSS，EMG則由數(shù)控系統(tǒng)的PMC發(fā)向主軸驅(qū)動(dòng)器，傳遞CNC對(duì)主軸的控制命令，即REDAY為就緒信號(hào)，SRI為正轉(zhuǎn)命令，SRN為反轉(zhuǎn)命令，OSS為準(zhǔn)停命令，EMG為緊急停止命令。CN1電纜上還有2根線SM0與LM0，可分別與地線G間接入主軸速度表和負(fù)載表，用于數(shù)控機(jī)床的面板顯示。
圖3 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的連接電路
四、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)整定
三菱MDS-A-SPJA系列主軸驅(qū)動(dòng)單元從SP001-SP384共有384個(gè)內(nèi)部參數(shù)，這些參數(shù)需根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)情況、電路硬件連接及運(yùn)行功能要求進(jìn)行合理調(diào)整。實(shí)際調(diào)試時(shí)，有的參數(shù)使用初始默認(rèn)值，有的參數(shù)要與主軸系統(tǒng)的外部信號(hào)接線相配合，還有的參數(shù)由主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及性能要求確定。加工中心主軸調(diào)試中使用的典型參數(shù)示例如下。
SP001：準(zhǔn)停回路增益，使用默認(rèn)值。
SP004：準(zhǔn)停在位寬度，設(shè)置為1/16。
SP006：準(zhǔn)停減速率，使用默認(rèn)值。
SP007：準(zhǔn)停位置數(shù)值，如希望主軸定位停于x°位置，可對(duì)應(yīng)設(shè)置SP007=x°/360°×4096。
SP017：主軸電機(jī)最高速度，設(shè)定為6000。
SP019：速度設(shè)定值的加/減速時(shí)間常數(shù)，設(shè)定為30ms。
SP025：主軸側(cè)齒輪齒數(shù)。
SP029：電機(jī)側(cè)齒輪齒數(shù)，SP029與SP025的比例應(yīng)按照主傳動(dòng)實(shí)際傳動(dòng)比設(shè)為1∶2。
SP039，SP040，S0041：分別指定驅(qū)動(dòng)單元容量、電機(jī)型號(hào)及能耗制動(dòng)電阻型號(hào)。
SP098，SP099，SP100：分別為速度回路增益的P，I，D項(xiàng)。
SP129～SP133：按要求范圍置數(shù)，指定驅(qū)動(dòng)單元接受外部輸入信號(hào)所使用的輸入線，如通過(guò)設(shè)置SP129=1，可定義CN1的第19A引腳作為準(zhǔn)停命令OSS輸入端。
SP178，SP179：用于速度、負(fù)載表刻度調(diào)整。SP141～SP143：按要求范圍置數(shù)，指定驅(qū)動(dòng)單元狀態(tài)輸出所使用的輸出線。如通過(guò)設(shè)置SP141=0，可定義CN1的第7A引腳作為準(zhǔn)停完成信號(hào)輸出端：通過(guò)設(shè)置SO142=11，可定義CN1的第7B引腳作為驅(qū)動(dòng)單元就緒的狀態(tài)監(jiān)控輸出端。
還有些機(jī)器數(shù)需要按位設(shè)置，如SP097，該參數(shù)按2進(jìn)制共有16位，從第0位到第F位，其中第1位與第0位的組合表示準(zhǔn)停旋轉(zhuǎn)方向，置01選擇正方向準(zhǔn)停;第3位置1表示準(zhǔn)停伺服期間主軸鎖定;第5位選擇編碼器檢測(cè)極性，置0;如其余位暫置為0，則SP097=0009H。參數(shù)整定后的加工中心主軸速度實(shí)測(cè)曲線如圖4所示。圖4a為主軸加速-穩(wěn)速(至1000r/min)-減速過(guò)程的動(dòng)態(tài)速度變化曲線，速度上升時(shí)間約為0.2s，超調(diào)量小于0.25%;圖4b為主軸從1000r/min的穩(wěn)定速度作定角度停止時(shí)的動(dòng)態(tài)速度變化曲線，曲線中間的恒速段為位置回路控制速度，標(biāo)志著主軸從速度控制模式變?yōu)槲恢每刂颇Ｊ剑鬏S在正常運(yùn)行速度下從準(zhǔn)停命令發(fā)出至準(zhǔn)停定位完畢約需要0.5s，過(guò)渡過(guò)程平穩(wěn)。主軸靜態(tài)性能為調(diào)速范圍達(dá)到3000∶10，無(wú)靜差。
圖4 主軸速度實(shí)測(cè)曲線
實(shí)踐證明，參數(shù)的合理設(shè)定可以發(fā)揮系統(tǒng)的智能化調(diào)諧能力，實(shí)現(xiàn)主軸驅(qū)動(dòng)單元、CNC系統(tǒng)與主軸電動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行，使主傳動(dòng)具有穩(wěn)定的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能。
五、結(jié)束語(yǔ)
我們?cè)诶碚撚?jì)算的指導(dǎo)下，為立式、臥式2臺(tái)加工中心選擇了主軸系統(tǒng)容量，完成了CNC主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間的信號(hào)連接，并根據(jù)系統(tǒng)要求分別調(diào)整了2臺(tái)主軸驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部參數(shù)，加工中心運(yùn)行情況證明：主軸系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)合適、信號(hào)連接正確、參數(shù)配合適當(dāng)，發(fā)揮出了三菱主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的智能化優(yōu)勢(shì)，整機(jī)達(dá)到了所預(yù)期的機(jī)械加工性能要求。
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