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1、第7单元 西门子802C主轴电气系统7.1 主轴线路连接7.1.1 学习目的了解各种电机调速的优缺点；理解主轴控制的基本要求；掌握802C系统主轴电气系统的接线；掌握802C系统变频器的接线。 案例分析根据图纸连接802C数控机床的主轴电气系统部分。7.1.2.1 分析从主轴系统的各个部件进行分析：三相电源通过3相变压器和空气开关QM2接入变频器的R、S、T端。SINUMERIK 802C base line系统接口X7的引脚4AGND4与变频器的5G端相连,引脚37AO4与变频器的V1端相连。电流继电器KA7、KA8的常开触点分别将变频器的FX、RX端与CM端相连。KA7控制主轴正转,KA8
2、控制主轴反转。变频器U、V、W端分别与主轴电机的三相相连。7.1.2.2 操作过程认识802C数控机床主轴电气系统的各个部件；连接3相变压器、空气开关及变频器；连接SINUMERIK 802C base line系统接口X7的引脚与变频器；连接变频器与主轴电机；根据相关图纸连接与变频器相关的各个开关信号；检查线路；上电试验。7.1.2.3 操作要点及注意事项系统必须接地才能通电,否则可能导致硬件损坏；三相电源输入接入变频器的R、S、T端,不需要安排相的次序。如果将三相电源连接到了输出端子, 变频器的内部将会损坏；驱动器接口X7的引脚37和引脚4与变频器端子严格对应,不可接错；空气开关QM2常开
3、触点接入数字输入接口X104的引脚3,以防变频器供电过载；电机应该连接到端子U,V,W 。如果正转开关处于on,从电机负载的方向看, 电机应该按顺时针方向转动。如果电机处于反转状态, 应该转换 U 和 V端子的接线；当变频器前面的盖子打开时,不要运行变频器。当输入电源接通时,严格禁止打开前端的盖子。否则会导致电击。7.1.3训练任务连接主轴线路,包括Z轴制动器。 相关知识点一、数控机床的主轴传动系统数控机床的主轴系统和进给系统有很大的差别。根据机床主传动的工作特点,早期的机床主轴传动全部采用三相异步电动机加上多级变速箱的结构。随着技术的不断发展,机床结构有了很大的改进,从而对主轴系统提出了新的
4、要求,而且因用途而异。为了满足量大面广的前两类数控机床的需要,对主轴传动提出了下述要求：主传动电动机应有2.2250kW的功率范围；要有大的无级调速范围,如能在1：1001000范围内进行恒转矩调速和1：10的恒功率调速；要求主传动有四象限的驱动能力；为了满足螺纹车削,要求主轴能与进给实行同步控制；在加工中心上为了自动换刀,要求主轴能进行高精度定向停位控制,甚至要求主轴具有角度分度控制功能等。主轴传动和进给传动一样,经历了从普通三相异步电动机传动到直流主轴传动,而随着微处理器技术和大功率晶体管技术的进展,现在又进入了交流主轴伺服系统的时代,目前已很少见到在数控机床上有使用直流主轴伺服系统了。但
5、是国内生产的交流主轴伺服系统的产品尚很少见,大多采用进口产品。交流伺服电动机有永磁式同步电动机和笼型异步电动机两种结构形式,而且绝大多数采用永磁式同步电动机的结构形式。而交流主轴电动机的情况则不同,交流主轴电动机均采用异步电动机的结构形式,这是因为,一方面受永磁体的限制,当电动机容量做得很大时,电动机成本会很高,对数控机床来讲无法接受采用；另一方面,数控机床的主轴传动系统不必像进给伺服系统那样要求如此高的性能,采用成本低的异步电动机进行矢量闭环控制,完全可以满足数控机床主轴的要求。但对交流主轴电动机性能要求又与普通异步电动机不同,要求交流主轴电动机的输出特性曲线输出功率与转速关系是在基本速度以
6、下时为恒转矩区域,而在基本速度以上时为恒功率区域。交流主轴控制单元与进给系统一样,也有模拟式和数字式两种,SIEMENS 802C主轴控制单元即为数字式的。二、主轴性能由NC控制的模拟量主轴根据不同的机床类型有可能具有如下的功能：l 预置主轴方向M3,M4l 预置主轴转速Sl 主轴无定向准停M5l 主轴定位SPOS=要求位置控制主轴l 齿轮级转换M40M45l 切削螺纹/攻丝G33,G331,G332,G63l 旋转进给G95l 恒定切削速度G96l 可编程的主轴转速极限G25,G26,LIMS=l 在主轴或电机上可以安装位置测量编码器l 可以监控主轴转速的极大和极小值l 主轴暂停旋转G4 S
7、如果采用的不是模拟量主轴,而是级联主轴,则主轴转速S不是通过程序预置,而是通过机床上的手动操作减速箱进行控制。这样,也就不能编程设置转速极限。通过程序可以对主轴旋转方向M3,M4、主轴无定向停止M5和攻丝G63进行设定。如果主轴上还有一个位置编码器,则主轴还具备以下功能：l 切削螺纹/攻丝G33l 旋转进给G95对于级联主轴,不能通过设定机床数据给主轴输出给定值,此时,MD：CTRLOUT_TYPE=0。三、主轴电机的调速性能在数控系统中,常用的主轴电机有直流主轴电动机和交流主轴电动机两种。直流主轴电动机在数控机床的主轴驱动中,直流主轴电动机通常采用晶闸管直流调速。直流调速装置是一个电枢可逆逻
8、辑无环流双闭环控制系统。该装置用于将直流电供给他激直流电动机的电枢和磁场。该装置借助于电枢可逆在四个象限内运行。电动机的调速范围分为两个区域,低、低于额定转速采用恒力矩方式调速,高于额定转速采用弱磁方式升速。直流电机主要有定子、转子组成。定子部分由机座、磁极组成。转子部分有时称为电枢,由铁心、绕组、换向器组成。在换向器上通入直流电源后,它将对电枢产生一个逆时针方向的转矩,这个转矩称电磁转矩,在电磁转矩作用下,电枢旋转。从特性曲线看出,转矩升高,转速略有下降。图7-1-1 直流电机特性曲线交流主轴电动机随着交流调速技术的发展,数控主轴驱动大多采用变频器控制交流主轴电动机。变频器的控制方式从最初的
9、电压矢量控制、磁通矢量控制,已经发展为直接转矩控制；变频器件由逆变器到脉宽调制PWM技术,又由正弦PWM技术发展到随机PWM技术,电流谐波小,电压利用率高、效率高,转矩脉动及噪声强度大幅度削弱；功率器件由GTO、GTR、IGBT发展到IPM三、变频器的使用1、安装检查 检查变频器在运输过程中有可能出现的各种损伤；检查iS5 变频器的名签,确认是否为正确可以使用的变频器。确认安装地点的环境条件 环境温度不能低于14F 并且不能超过 104F ,相对湿度不能超过90% ,高度不能超过3,300英尺 。不能把变频器安装在阳光直射的地方,产生剧烈振动的物体应该远离变频器。安装 iS5 变频器必须竖直安
10、装在与相邻设备有足够空间的地方。水平方向距离大于 2,垂直方向距离大于 6 其他 变频器不能放在高温高压、振动大、灰尘多的地方,另外,安装时还需要使用螺钉进行固定。2、变频器的基本配线变频器的基本配线如图5-1-2。各符号的含义如表5-1-1。表5-1-1 变频器配线符号说明符号功能R交流电压输入端子 STG大地P正端直流总线端子DB单元P-P5连接端子当要求完成制动30%ED,连接DB单元。P1外部直流电抗器P1-P2和DB单元P2- P5连接端子。P2N负端直流总线端子DB单元N-N5连接端子B1动态制动电阻B1-B2连接端子B2U连接电机的3-相电源输出端子VW图5-1-2 变频器的基本
11、配线图7.2 主轴PLC程序编制7.2.1 学习目的理解主轴运行方式；掌握802C系统主轴PLC编程；掌握802C系统主轴系统参数设置；掌握变频器参数设置方法7.2.2 案例分析根据表5-2-1地址说明编制主轴正反转的PLC程序,并且设置主轴系统参数和变频器参数。表5-2-1 主轴控制地址说明地址变量类型数据类型注释I0.0输入BOOL电源模块T64状态I0.1输入BOOL主轴使能I0.2输入BOOL单模态主轴选择I0.3输入BOOL主轴正转按钮I0.4输入BOOL主轴反转按钮I0.5输入BOOL主轴停止按钮I0.7输入BOOL系统急停I4.7输入BOOL 电主轴冷却泵过载Q1.0输出BOOL
12、主轴正转Q1.1输出BOOL主轴反转Q1.2输出BOOL主轴停止Q1.3输出BOOL主轴运行灯Q1.4输出BOOL报警：主轴运行未完成Q0.4输出BOOL主轴冷却泵M0.0中间继电器TEMP主轴运行状态M0.1中间继电器TEMPM0.2中间继电器TEMP主轴正转指令M0.3中间继电器TEMP主轴反转指令7.2.2.1 分析主轴的控制包括正转、反转、停止、制动、使能等。控制要求如下：a通过M03/M04/M05实现M03：主轴正转M04：主轴反转M05：主轴停止b通过MCP按钮实现按正转按钮时电动机正转；按反转按钮时电动机反转；按停止按钮时电动机停止；电动机过载报警后正反转按钮无效。在电气安全互
13、锁设计方面,主轴正/反转在接触器和继电器分别进行了安全互锁；急停对主轴运转进行了安全互锁。相关的参数说明如表5-2-2。表5-2-2参数号定义备注V10000001.4K19 主轴左转来自MCP的信号按键及倍率接口：MCPPLC只读V10000001.6K21 主轴右转V25001000.3M03来自NCK的辅助功能接口：NCKPLC只读V25001000.4M04V25001000.5M05V27000000.1急停有效来自NCK的信号,接口：NCKPLC只读V30000000.7复位送到NCK的信号,接口：PLCNCK可读/可写V31000001.0有效机床功能来自NCK的信号,接口：NC
14、KPLC只读V31000001.2有效的机床功能-参考点来自NCK的信号,接口：NCKPLC只读V31000000.2有效的运行方式-手动来自NCK的信号,接口：NCKPLC只读V38030002.1伺服使能送到主轴的信号,接口：PLCNCK可读/可写V38030004.6轴运行键-负送到主轴的信号,接口：PLCNCK可读/可写V38030004.7轴运行键-正V38032001.6M3/M4反向送到主轴的信号,接口：PLCNCK可读/可写PLC控制程序编制如图5-2-1。图5-2-1 主轴控制PLC程序7.2.2.2 操作过程编制主轴控制PLC程序；根据编制程序调试主轴；设置主轴参数；设置变
15、频器参数。7.2.2.3 操作要点及注意事项程序编制过程中注意常开触点、常闭触点的设计与应用。程序严格按照编程软件的语法要求编制,否则会出现编译错误。7.2.3训练任务增加报警、复位等要求重新编制主轴控制PLC程序；设置主轴相关参数；根据表5-2-5设置变频器参数。表5-2-5 设置变频器参数条件主轴最高转速r/min传动比电机同步转速r/min第1组30001：1.51500第2组45001：220007.2. 4 相关知识点一、主轴运行方式1、种类NC控制的模拟主轴可以有如下三种运行方式：控制方式摆动方式定位方式2、方式转换主轴运行方式转换如图5-2-2所示。图5-2-2 主轴运行方式转换
16、控制方式转换为摆动方式通过齿轮级自动选择M40及S功能,或者通过M41M45变档为一个新的齿轮级,主轴可以从控制方式变换为摆动方式。摆动方式转换为控制方式如果齿轮已经换挡,接口信号IS摆动方式复位,并发出接口信号IS齿轮级已经换挡使运行方式转换,最后编程的S功能再次生效。控制方式转换为定位方式如果要使主轴由旋转状态M3或M4定位停止,或者从停止状态M5获得新的方向,则用SPOS使运行方式变换要求位置控制主轴。定位方式转换为控制方式如果主轴定位完成,则用M3、M4或M5转换到控制方式。最后编程的S功能再次生效。定位方式转换为摆动方式可以采用M41M45转换方式。换挡结束后,最后编程的S功能和M5
17、再次生效。3、主轴的控制方式在执行下列功能时主轴处于控制方式：a.恒定主轴转速S,M3/M4/M5和G94、GG95、G97；b.恒定切削速度G96 S,M3/M4/M5；c.恒定主轴转速S,M3/M4/M5和G33。控制方式的前提条件a.主轴不需要同步；b.进给率F,单位为mm/min或inch/min,并按照M3/M4/M5指令运行时不需要主轴位置实际值编码器。c.在转进给按M3/M4/M5运行时,或者使用G96,G97及G33时,必须具备主轴位置实际值编码器。主轴复位a.普通主轴 可以通过接口信号剩余行程复位/主轴复位制动。但如果G94有效时,不采取其他措施程序会继续运行下去。b.主轴自
18、身复位 主轴在复位以后或程序结束以后具有的特性可以通过机床数据MD:SPIND_ACTIVE_AFTER_RESET的设定来改变。MD:SPIND_ACTIVE_AFTER_RESET=0：主轴立即以有效的加速度制动到停止,最后编程的主轴转速和方向被清除。MD:SPIND_ACTIVE_AFTER_RESET=1：最后编程的主轴转速和方向继续保持。如果在复位之前或程序结束之前G96有效,则当前的主轴转速主轴修调为100%在内部作为最后编程的主轴转速。4、主轴的定位方式在选择了可编程的功能SPOS时主轴处于定位方式。主轴以最短的位移定位到某一绝对位置0360,由SPOS设定。主轴旋转时以当前方向
19、进行定位,主轴停止时通过设定机床数据由控制器自动确定定向方向。程序段转换 当一个程序段中所有的功能都已经实现,并且主轴到位,通过接口信号V39030000.7主轴准停传递,此时可以接受下一个程序段,进行程序段转换。前提条件 a.主轴不需要同步；b.具有主轴实际位置编码器。主轴从运行状态进行定位主轴开始定位时可能处于速度调节状态,会出现超出编码器极限频率和没有超出编码器极限频率两种情况。如图5-2-3和5-2-4所示。a.主轴转速编码器极限频率阶段1：主轴以大于编码器极限频率的转速运行,没有同步。阶段2：SPOS指令生效,主轴开始制动,直至达到位置编码器接通速度。一旦低于编码器极限频率,主轴进行
20、同步。同步时激活定位运行方式。阶段3：到达MD：SPIND_POSCTRL_VELO中设定的位置控制接通速度后：l 接通位置控制l 计算到达目标位置的剩余行程l 加速度转换到GEAR_STEP_POSCTRL_ACCEL中设定的加速度阶段4：主轴计算得到制动点开始按照GEAR_STEP_POSCTRL_ACCEL中设定的加速度制动,直至达到目标位置。阶段5：位置控制有效,主轴保持在编程位置。一旦主轴实际位置与编程位置之间的距离小于精准停和粗准停时,设定接口信号IS精准停和粗准停。图5-2-3 旋转状态下定位,编码器转速超出主轴编码器极限频率特殊情况图5-2-4 旋转状态下定位,编码器转速没有超
21、出主轴编码器极限频率正常方式,位置控制方式关闭b.主轴转速编码器极限频率阶段1：主轴以低于编码器极限频率的转速同步运行。阶段2：SPOS指令生效,主轴按照MD：GEAR_STEP_POSCTRL_ACCEL中设定的加速度开始制动,直至达到位置编码器接通速度。阶段3阶段5与前一种情况下完全一致。主轴从停止状态进行定位主轴从停止状态定位有主轴没有同步和已经同步两种情况。主轴复位主轴复位可以通过接口信号IS清除剩余行程/主轴复位终止,但对主轴运行方式下的定位方式无效。5、主轴的摆动方式在摆动方式时,主轴电机交替进行顺时针和逆时针方向旋转。通过摆动方式可以使齿轮换挡变的更方便。在执行功能时,根据接口信
22、号通过PLC摆动V38032002.4可以分为通过NCk摆动和通过PLC摆动两种方式。前提条件 a.主轴不需要同步；b.不要求主轴编码器。启动方式主轴摆动方式运行通过接口信号IS摆动速度V38032002.5启动。但是如果仅设置接口信号而不预置一个新的齿轮级,则不会转换到摆动方式。二、主轴回参考点/同步为了使系统在通电以后能够精确地识别出零度位置,系统必须与主轴位置测量系统进行同步。只有同步的主轴才可以进行螺纹切削和定位。系统上电以后,主轴按照以下过程进行同步：主轴以一速度S功能和方向M3或M4启动,并与位置测量系统的下一个零标记同步。主轴用SPOS从停止状态定位。主轴不断旋转直至定位速度,并
23、与位置测量系统的下一个零标记同步,然后定位到编程位置。三、单极主轴用10V电压中的正电压及单独的二进制符号信号来控制主轴的方式称为单极主轴控制,主要用于变频器或直流控制器带动的主轴。可以通过MD：30134IS_UNIPOLAR_OUTPUT来设定单极主轴控制方式。l MD输入值为0：正负极速度设定值的双极输出10V,伺服使能PLC可以使用00和01输出位。l MD输入值为1：单极输出0+10V,使能和方向信号,不允许PLC输出位00和01。PLC输出位00=伺服使能PLC输出位01=主轴反转l MD输入值为2：主轴反转,单极输出0+10V,具有连接使能和转动信号,不允许PLC输出位00和01
24、。PLC输出位00=伺服使能主轴正转PLC输出位01=伺服使能主轴反转 使用单极主轴控制过程中,主轴必须是第4轴,同时要保证二进制输出不能被PLC使用。四、主轴及变频器相关参数1、主轴相关参数说明如表5-5-2。表5-2-2 主轴参数参数号参数名单位数据类型举例值参数定义30130CTRLOUT_TYPEAX4给定值输出类型BYTE04MD30130=1表示CNC系统使用主轴30200NUM_ENCSAX4编码器个数BYTE10：主轴不带编码器；1：主轴带编码器30240ENC_TYPEAX4编码器类型BYTE05MD30240=2表示方波发生器,标准编码器脉冲倍率35040SPIND_ACT
25、IVE_AFTER_RESET主轴复位有效BYTE0/1根据主轴不同的运行方式定义35100SPIND_MAX_VELO_LIMIT最大主轴转速rad/minDOUBLE500带工件或带刀具时主轴的最大转速35150SPIND_DES_VELO_TOL主轴转速公差系数DOUBLE0/1主轴控制方式运行时,主轴编程速度的修调值2、变频器参数设定IS5系列变频器根据它们的应用不同分成5个参数组, 具体如表5-2-3。IS5系列变频器提供了2种不同的键盘。一种是32个包括文字和数字字符的LCD键盘采用, 另外一种是7-段LED键盘。 表5-2-3 变频器参数说明参数组LCD键盘7-段键盘描述驱动组D
26、RVDRV LED 变亮指令频率, 加速/减速时间等基本参数功能 1组FU1FU1 LED变亮最大频率,转矩补偿量等基本功能相关参数功能2组FU2FU2 LED变亮频率跳跃,频率最大/最小限定等应用功能相关参数输入 /输出组I/OI/O LED变亮多功能端子设定,自动运行等顺序运行所需要的参数。外部可选组EXTEXT LED变亮当安装了扩展板或者是子板时显示。选项组COMI/O+EXTLED当安装了通讯板时显示。应用组APPFU2+I/O+EXTLED三角波,MMC多泵控制,曳引等应用参数设置。需要设定的变频器参数如表5-2-4。表5-2-4 设定参数代码描述LCD键盘显示LCD设定范围单位默
27、认值调整值备注DRV-01加速时间ACC. 时间0 - 60000.110.0 秒3.0 秒驱动组参数DRV-02减速时间Dec. 时间0 - 60000.120.0 秒3.0 秒I/O-02V1 输入最小电压V1 volt x10 - V1伏特2V0.010.00 V0.01V输入/输出组参数I/O-03V1 输入最小电压的相应频率V1 freq y10 - FU1-200.010.00 Hz0.01HzI/O-04V1 输入最大电压V1 volt x2V1伏特1 - 10 V0.0110.00 V10.0 VI/O-05V1 输入最大电压的相应频率V1 freq y20 - FU1-200
28、.0160.00 Hz根据实际电机转速及传动比设定其他变频器参数均可采用默认值。7.3 主轴换档及参数设置7.3.1 学习目的理解主轴换挡的作用；掌握主轴换档参数的设置；掌握主轴换挡的PLC程序编制。7.3.2 案例分析根据表5-3-1中变量地址说明编制主轴换挡PLC程序,并对主轴换挡相关参数进行设置。表5-3-1 变量地址说明名称变量类型数据类型注释I0.0输入BOOL主轴停止I0.1输入BOOL主轴报警I0.2输入BOOL低速齿轮到位I0.3输入BOOL高速齿轮到位Q0.1输出BOOL低速齿轮到位输出Q0.2输出BOOL高速齿轮到位输出Q0.3输出BOOL低速齿轮到位指示Q0.4输出BOO
29、L高速齿轮到位指示M0.5输出位置TEMP中间状态的临时变量,输出位置SM0.0特殊标记位BOOL定义常1信号SM0.1特殊标记位BOOL第一次PLC循环1,后面0SM0.5特殊标记位BOOL1秒周期的脉冲占空比,0.5秒0,0.5秒1M117.0M117.7标志位BOOL中间继电器7.3.2.1 分析主轴具有高低两极速度,每档均具有到位检测信号。换挡可以通过编程的速度自动激活,也可以通过M41低档和M42高档实现。接口信号说明如表5-3-2。表5-3-2 接口信号说明参数号定义备注V14000063.6PLC数据PLC数据,用户定义,此程序中用于低速齿轮到位信号V14000063.7PLC数
30、据PLC数据,用户定义,此程序中用于高速齿轮到位信号V27000000.1急停有效来自NCK的信号,接口NCKPLC只读V30000000.7复位送到NCK的信号,接口PLCNCK可读/可写V32000006.0进给使能禁止送到NCK的信号,接口PLCNCK可读/可写V32000006.1读入使能禁止V38030004.3进给/主轴停止送到主轴的信号,接口PLCNCK可读/可写V38032002.5摆动速度V38030002.2剩余行程/主轴复位送到主轴的信号,接口PLCNCK可读/可写V38032000.0实际齿轮级A送到主轴的信号,接口PLCNCK可读/可写V38032000.1实际齿轮级
31、BV38032000.2实际齿轮级CV39032000.3主轴齿轮换挡来自主轴的信号,接口NCKPLC只读V39032000.0给定齿轮级AV39032000.1给定齿轮级BV39032000.2给定齿轮级C程序流程图如下：图5-3-1 主轴换挡流程图PLC程序如下：图5-3-2 主轴换挡PLC程序7.3.2.2 操作过程查找与主轴换挡相关的机床参数,理解其含义；理解主轴换挡程序；进行主轴换挡测试；总结。7.3.2.3 操作要点及注意事项该子程序占用的标志存储器有：MB117用于存储中间状态；T11/T14/T15丝杠定时器。由于定时器T14和T15同时也被霍尔元件刀架控制子程序使用,所以这两
32、个程序不能同时使用。7.3.3训练任务主轴为2级换挡,根据表中数据分别计算并设定主轴换挡相关参数。第一组第二组低速范围r/min58008003000高速范围r/min5100010003000电机最高转速r/min8000传动比低速1.52高速797.3. 4 相关知识点一、主轴速度和齿轮换挡主轴换档可以增加主轴低速时的扭矩,保证高档时的速度,使高低速都能得到兼顾。在控制器中设定了5个齿轮级,可以输入5组数据。每个齿轮级通过设定最大值和最小值,以及设定齿轮自动换挡的最大值和最小值来进行定义。只有当编程的新的转速给定值不能在当前的齿轮级上运行时,才输出一个新的齿轮级。 齿轮换挡档位与使能如图7
33、-3。图5-3-3 齿轮换挡档位与使能通过MD可以预置：n1max齿轮级1的最大主轴转速g1min齿轮级1的最小主轴转速,用于齿轮级自动换挡时g1max齿轮级1的最大主轴转速,用于齿轮级自动换挡时n2max齿轮级2的最大主轴转速g2min齿轮级2的最小主轴转速,用于齿轮级自动换挡时g2max齿轮级2的最大主轴转速,用于齿轮级自动换挡时通过以下方式进行齿轮级的预选：l 通过零件程序M41M45l 通过编程的主轴速度自动进行M40。此时由控制器确定编程的主轴转速S功能可能位于哪一个齿轮级上。如S900 M03。二、主轴电机速度主轴电机转速由公式5-3-1确定。5-3-1为了使电机转动正常,首先要设
34、定确定传动比的参数,如表5-3-3 所示。表5-3-3 电机转速相关参数31020ENC_RESOL每转的增量编码器线数31050DRIVE_AX_RATIO_DENOMn减速箱齿轮端齿数31060DRIVE_AX_RATIO_NUMERAn减速箱丝杠端齿数31070DRIVE_ENC_RATIO_DENOMn减速箱解算器分母31080DRIVE_ENC_RATIO_NUMERAn减速箱解算器分子三、参数设置需要设定的NC参数如表5-3-4。表5-3-4 主轴换挡相关参数设置参数号参数名单位数据类型举例值参数定义35010GEAR_STEP_CHANGE_ENABLE主轴换挡使能二进制0/10
35、：主轴直接与电机相连或传动比固定；1：M40M45进行齿轮换挡35110GEAR_STEP_MAX_VELO各档的最高换挡速度,齿轮级0,1,5r/min双字节500,500,1000,2000,4000,800035110和35120分别定义齿轮自动换挡时齿轮级的最大和最小转速,注意35110中数值应该大于等于35120中数值。35120GEAR_STEP_MIN_VELO各档的最低换挡速度,齿轮级0,1,5r/min双字节50,50,400,800,1500,300035130GEAR_STEP_MAX_VELO_LIMIT各档的最高换挡速度极限,齿轮级0,1,5r/min双字节500,5
36、00,1000,2000,4000,8000齿轮级的最大转速35140GEAR_STEP_MIN_VELO_LIMIT各档的最低换挡速度极限,齿轮级0,1,5r/min双字节5,5,10,20,40,80齿轮级的最小转速36200AX_VELO_LIMIT各档的监控速度,齿轮级0,1,5mm/min,r/min双字节11500实际速度监控的临界值,超过这一值,将发出25030警报35400SPIND_OSCILL_DES_VELO主轴摆动速度r/min双字节500设定主轴电机转速,通过接口信号V38032002.5传递给电机35410SPIND_OSCILL_ACCEL主轴摆动加速度r/s2双
37、字节16只有向电机输出摆动速度时此加速度才生效35430SPIND_OSCILL_START_DIR主轴摆动的起始方向字节0,3,40：启动方向与当前的转动方向相反；3：正向启动；4：反向启动35440SPIND_OSCILL_TIME_CW主轴正向摆动时间s双字节135450SPIND_OSCILL_TIME_CCW主轴反向摆动时间s双字节0.5四、主轴监测通过主轴监控和当前有效的功能G94、G95、G96、G33等可以确定主轴允许的范围。如图5-3-4。图5-3-4 主轴监控范围/转速范围1、主轴停止当主轴转速低于MD：STANDSTILL_VELO_TOL中规定的值时,设置接口信号V39
38、030001.4,此时才可以执行机床的一些功能,如换刀、打开机床门、进给使能等。主轴的三种方式下监控均有效。2、主轴在给定范围主轴监控主轴在给定范围功能监控是否达到编程的主轴转速、主轴是否停止或处于加速阶段。主轴处于控制方式时,比较实际值和给定值编程速度主轴修调,考虑极限值。比较结果如果大于主轴速度公差由MD：SPIND_DES_VELO_TOL设定,则接口信号V39032001.5主轴在给定范围置为零,同时NCK禁止进给运行。3、最大主轴转速NCK通过MD：SPIND_MAX_VELO_LIMIT设定最大主轴转速,如果主轴转速实际值大于最大主轴转速与主轴速度公差之和,则驱动出现错误,并设置接
39、口信号V39032001.0超出转速极限,此外,还发出报警22100,所有进给轴和主轴制动。另外,主轴转速也可以通过PLC限制：该值由MD：SPIND_EXTERN_VELO_UNIT设定,并通过接口信号V38030003.6速度/主轴转速限制激活。4、齿轮级转速的最大值/最小值齿轮级转速的最大值在MD：GEAR_STEP_MAX_VELO_LIMIT中设定,齿轮级换挡后的速度不能超出此值。如果要限制编程的主轴速度,则需要设置接口信号V39032001.1限制给定速度。齿轮级转速的最小值在MD：GEAR_STEP_MIN_VELO_LIMIT中设定,编程时S值不得低于此速度,此时还需要设置接口
40、信号V39032001.2提高给定速度。齿轮级的最小转速仅仅在速度运行时起作用,并且只有在下列情况时,实际转速才可能低于此速度：l 主轴修调0%l M5l S0l 接口信号主轴停止l 取消接口信号调节器使能l 接口信号复位l 接口信号主轴复位l 接口信号摆动速度l NCSTOP,用于进给轴/主轴l 接口信号禁止进给轴/主轴5、最大编码器极限频率主轴位置实际值编码器的最大极限频率受到控制器的监控可能会超出。机床生产厂家在设计主轴电机部件、减速箱、测量传动装置以及选择编码器和设定机床数据时都要保证不会超出主轴位置实际值编码器的最大转速即机械极限转速。超出最大编码器极限频率主轴处于控制方式或摆动方式
41、运行时,如果速度超出了最大编码器极限频率,则同步会丢失,但是主轴仍然继续旋转。如果此时在零件程序中存在以下某一功能：l 螺纹切削G33l 无补偿卡盘攻丝G331,G332l 旋转进给G95l 恒定切削速度G96,G97则主轴转速会自动降低,直至测量系统恢复工作。如果没有测量系统即MD：NUM_ENC=0,则转速实际值在内部由转速给定值导出,并显示出来。低于最大编码器极限频率如果在超出了最大编码器极限频率之后,速度发生变化又低于最大编码器极限频率如编程时采用较小的S值,或通过主轴修调开关修改等,则主轴会自动地与下一个零标记或下一个接近开关BERO信号同步。当主轴处于下列功能时不得超出最大编码器极
42、限频率：l 主轴定位方式运行l 螺纹切削G33l 无补偿卡盘攻丝G331,G332l 旋转进给G95l 恒定切削速度G966、目标定位监控主轴在定位方式进行定位时可以监控主轴所定位的实际位置与编程的给定位置之间的距离。此时,可以在MD：STOP_LIMIT_COARSE粗准停和MD：STOP_LIMIT_FINE精准停中设定两个增量位移极限值。但是,主轴定位精度与这两个极限值无关,而是由所连接的主轴测量编码器、间隙及齿轮传动比决定。主轴准停区域说明如图5-3-5。图5-3-5 主轴准停区接口信号准停到位通过MD：STOP_LIMIT_COARSE和MD：STOP_LIMIT_FINE设定的两个极限值由接口信号V39000000.6粗准停到位和V39000000.7精准停到位送给PLC。SPOS后的程序转换通过SPOS进行主轴定位后程序段的转换取决与通过接口信号精准停到位进行的目标点监控。程序段转换时,要求上一个程序段中所有的功能均已执行完毕,如轴进给结束,PLC应答了所有的辅助功能等。五、接口信号在PLC用户程序和NCK数控核心、MMC显示部件和MCP机床控制面板之间通过不同的数据区进行信号和数据的交换。PLC用户程序与交换无关,对使用者来说这是自动进行
