三菱交流伺服主轴驱动系统在数控加工中心上的应用

3 主轴驱动系统与CNC连接电路

　　加工中心采用符合工业PC标准的INCON—M40F型开放体系结构数控系统作为主控制器，该数控系统通过1套交流伺服驱动系统完成加工中心的主轴运动控制，3套伺服进给驱动系统完成x，y，z 3个方向的进给联动控制，叉通过2块PLC扩展I／O板完成机床动作复杂逻辑控制(包括数控系统工作方式管理、手轮管理、刀库自动换刀、双工作台交换、工作台分度定位停止等)，逻辑控制软件使用c++语言开发，由数控系统的80586CPu实现各子系统的协调管理。以IN—CON—M40F数控系统为核心的加工中心电气控制系统总体结构如图2所示。

图2加工中心电气控制系统的总体结构

　　图3为主轴驱动系统的连接电路。MDS—A—SPJA系列主轴驱动器上共有9个强电接线端子和3个信号电缆插座CN1，CN2，CN 3。9个强电接线端子分别为：AC 220 V三相电源进线R，S，T，交直交变频主回路的直流侧能耗制动电阻接线端子C，P，向主轴电机供电的变频输出动力线端子U，V，W及屏蔽线接线端子PE。信号电缆CN 3用于连接cNc系统及Pc机，其中sEl，sE2用来接受数控系统的模拟电压指令(±10 v)，SYA，SYA*，SYB，SYB*，SYC与SYC*是从主轴驱动单元送回cNc的当前速度反馈信号线(6根分为一，B两相各2根，零脉冲Z相2根)，TX1、RX1，GND则分别为串行发送、接收信号线及地线，用于连接PC机的串行口，作主轴驱动单元的运行参数、准停参数预设定及主轴状态监控，IE常运行时不必连接。CN 2是三菱公司提供的标准电缆，用来传递主轴编码器对主轴驱动单元的速度／位置反馈信号。CN1电缆有40线之多，主要作为主轴的轴控PLC信号，被连接于数控系统PMC的I／O点，以完成CNC对主轴的状态监控及动作控制。CN1中有代表性的信号为：FA，FC，OSSEND，1NCw，1NCCW，INALM由主轴驱动器发向数控系统的PMc，传递主轴驱动器的当前状态，即FA与FC接通表示主轴报警，OSSEND指示主轴准停动作已经到位，INcw，INcCW，INAI．M则指示主轴处于正转、反转还是报警中；REDAY，SRI，SRN，OSS，EMG则由数控系统的PMc发向主轴驱动器，传递cNc对主轴的控制命令，即REDAY为就绪信号，SRI为正转命令，SRN为反转命令，OSS为准停命令，EMG为紧急停止命令。CNl电缆上还有2根线SM0与LM0，可分别与地线G间接入主轴速度表和负载表，用于数控机床的面板显示。

图3主轴驱动系统的连接电路

4 主抽驱动系统的参数整定

　　三菱MDS—A—SPJA系列主轴驱动单元从SP001—SP384共有384个内部参数，这些参数需根据机械传动情况、电路硬件连接及运行功能要求进行合理调整。实际调试时，有的参数使用初始默认值，有的参数要与主轴系统的外部信号接线相配台，还有的参数由主传动结构及性能要求确定。加工中心主轴调试中使用的典型参数示例如下。

　　SP001：准停回路增益，使用默认值。

　　SP004：准停在位宽度，设置为1／18。

　　SP006：准停减速率，使用默认值。

　　SP007：准停位置数值，如希望主轴定位停于x°位置，可对应设置SP007x° ／360° ×4096

　　SP01 7：主轴电机最高速度，设定为6 000。

　　SP019：速度设定值的加／减速时间常数，设定为30m8。

　　SP025：主轴侧齿轮齿数。

　　SP029：电机侧齿轮齿数，SP029与SP025的比例应按照主传动实际传动比设为1：2。

　　SP039，SP040，S0041：分别指定驱动单元容量、电机型号及能耗制动电阻型号。

　　SP098，SP099，SP100：分别为速度回路增益的P，I，D项。

　　SP129～SPl33：按要求范围置数，指定驱动单元接受外部输入信号所使用的输入线，如通过设置SPl29—1，可定义cNl的第19A引脚作为准停命令OSS输入端。

　　SP178，SP179：用于速度、负载表刻度调整。

　　SP141～SPl43：按要求范围置数，指定驱动单元状态输出所使用的输出线。如通过设置SPl41=0，可定义CN1的第7A引脚作为准停完成信号输出端：通过设置S01 42—11，可定义CN1的第7B引脚作为驱动单元就绪的状态监控输出端。

　　还有些机器数需要按位设置，如sP097，该参数按2进制共有16位，从第。位到第F位，其中第1位与第。位的组合表示准停旋转方向，置01选择正方向准停；第3位置1表示准停伺服期间主轴锁定；第5位选择编码器检测极性，置0；如其余位暂置为0，则SP097-0009H。

　　参数整定后的加工中心主轴速度实测曲线如图4所示。图4a为主轴加速稳速(至1 000r／min)一减速过程的动态速度变化曲线，速度上升时间约为0.2 s，超调量小于0.25％；图4b为主轴从1000r／min的稳定速度作定角度停止时的动态速度变化曲线，曲线中间的恒速段为位置回路控制速度，标志着芏轴从速度控制模式变为位置控制模式，主轴在正常运行速度下从准停命令发出至准停定位完毕约需要0.5 s，过渡过程平稳。主轴静态性能为调速范围达到3000：10，无静差。实践证明，参数的合理设定可以发挥系统的智能化调谐能力，实现主轴驱动单元、CNC系统与主轴电动机协调运行，使主传动具有稳定的静态、动态性能。

图4主轴速度检测曲线

5 结束语

　　我们在理论计算的指导下，为立式、卧式2台加工中心选择了主轴系统容量，完成了CNc主轴驱动系统之间的信号连接，并根据系统要求分别调整了2台主轴驱动器的内部参数，加工中心运行情况证明：主轴系统容量设计合适、信号连接正确、参数配合适当，发挥出了三菱主轴驱动系统的智能化优势，整机达到了所预期的机械加工性能要求。