北京发那科机电有限公司

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主轴定位：通常主轴只是进行速度控制，但在一些特殊的情况下也需要对主轴进行位置控制。例如：在加工中心上进行自动换刀时、镗孔加工中因工艺要求而需要让刀时，以及车床在装卡工件等时都需要主轴准确的停在一个特定的位置上。这就是我们通常所说的主轴定向功能。

主轴定向功能就是 NC 发出定向命令，通过主轴上的位置传感器上的一转信号使主轴停止在一个确定的位置上，并向伺服电机位置环一样提供一定的保持力矩。

一：主轴位置传感器的种类

通常我们可以进行位置控制的传感器有以下几类。

MZI 传感器：轮齿结构输出为正旋波（系统内部证行为方波）与主轴电机构成一体结构。

BZI 传感器：轮齿结构输出为正旋波（系统内部整形为方波），其反馈信号经专用前置放大器输出，一般应用在 FANUC 内装主轴上，也可装配在主轴头上。外形图如下


感应头：感应速度信号和一转信号，注意与齿环的感应距离。

一转信号环：一圈之内有一条齿牙，产生一转信号。

A,B 相齿牙环：产生 A,B 相脉冲，一圈有 128 、 256 、 384 、 512 齿 / 转等。


CZi 传感器：轮齿结构与 BZi 基本相同，齿数 512 齿 / 转到 1024 齿 / 转。

a 位置编码器：数字信号输出（插动式方波 A 、 B 、 Z 相） 1024 脉冲 / 转。

as 位置编码器：模拟信号输出（正旋波 A ， B ， Z 相） 1024 齿 / 转

接近开关：通过主轴上的接近开关和主轴电机上 Mi 传感器进行主轴的定位

磁传感器定位：在没有接近开关实现定位控制之前，使用磁传感器实现主轴的定位功能，它由发磁体和探头及前置放大器组成。成本较高。

机械定位：不使用主轴单元参与控制定向，而是使主轴电机旋转在一个特定的速度下，使用外部定位销使主轴停止在一个特定的位置上。

二：连接图例

1 MZi 的连接


2 BZi 和 CZi 的连接

3 a 位置编码器的连接


4 as 位置编码器的连接

5 接近开关的连接


三：定向时序

1 停止时的定向

注释 1 ：定向时的旋转方向可通过参数 (NO.4003#2#3) 来设定，通常设定跟随前次主轴的旋转方向


2 高速旋转时的定向


主轴高速定向时序：

主轴高速定向是充分利用主轴电机的加减速特性和位置环的高增益化来实现的一种高速特性。但如果使用接近开关时此功能无效。

1 。当主轴从大于定向速度上限进入定向操作时，如下

① 当 NC 发出定向指令后，主轴从当前速度减速至定向时最大速度（ no.4038 ）。

② 当定向速度到达后，系统对一转信号进行检测，同时在内部建立零位基准。（注 1 ）

③ 当检测到一转信号后，主轴以 no.4320~4323 所设定的定向加减速参数再次进行减速


④ 当主轴减速到定向速度下限值后（系统内部计算），进入位置环控制。由 no.4060~4063 位置环增益来进行控制。同时根据先前一转信号所建立的基准和定位的位置参数 no.4031 、偏移参数 no.4077 进行定位。

⑤ 当定向位置小于参数 no.4075 范围后，主轴定向结束信号发出。

2 。当主轴从定向速度的上下限之间进入定向操作，如下

① 当主轴从定向上下限速度之间进入定向操作时，系统直接检测一转信号并建立零点基准（注1）

② 当检测到一转信号后，主轴以参数 no.4320~4323 所设定的加减速进行减速。

③ 当减速到定向的下限值后（系统内部计算），进入位置环控制，以参数 no.4060~4063 位置环增益来进行控制。同时根据先前一转信号所建立的基准和定位的位置参数 no.4031 、偏移参数 no.4077 进


行定位。

④ 当定向位置小于参数 no.4075 范围后，主轴定向结束信号发出。

3 。当主轴从低于定向的下限速度进入定向操作时，如下

① 当主轴在低于定向速度下限（系统内部计算）接受定向指令后，检测一转信号并建立零位基准（注 1）

② 当检测到一转信号后，主轴以参数 no4320~4323 进行加速。

③ 当加速超过定向速度下限后，在进行减速。

④ 当减速定向速度下限后，进入位置环控制。由参数 no.4060~4063 位置环增益来进行控制，


同时根据先前所建立的零位基准和定位位置参数 no4031 、偏移参数 no.4077 来进行定位。

⑤ 当定向位置小于参数 no.4075 范围后，主轴定向结束信号发出。

注 1 零位基准的建立只是在第一次通电时才进行。当以后的进行定向操作时应是直接进入位置环，

进行定位控制。

四：相关参数

1 。功能参数 :

NO.4015 bit0 主轴定向功能有无

NO.4018 bit6 主轴高速定向

NO.4003 bit0 定向类型（使用位置编码器定向设 0)

bit2,3 定向方向

0,0 旋转方向基于主轴前次的旋转方向（通电第一次为 CCW ）

0,1 旋转方向基于主轴前次的旋转方向（通电第一次为 CW ）

1,0 旋转方向为 CCW

1,1 旋转方向为 CW

NO.4002 bit0,bit1,bit2,bit3 定义连接到 JYA3 或 JYA4 的传感器类型

0 ， 0 ， 0 ， 0 无位置控制

0 ， 0 ， 0 ， 1 使用电机的传感器作位置控制

0 ， 0 ， 1 ， 0 a 位置编码器


NO.4002 bit0,bit1,bit2,bit3 定义连接到 JYA3 或 JYA4 的传感器类型

0 ， 0 ， 1 ， 1 分离型 BZi 和 CZi 传感器

0 ， 1 ， 0 ， 0 as 位置编码器

2 。关于速度环的参数NO.4018 bit5 高速定向时速度补偿指令有无，通常设 1 为有补偿

NO.4038 定向时速度上限值（ min-1)

NO.4023 定向时速度环的比例增益

4024 （通过 CTH1A 信号来选择）

NO.4050 定向时速度环的积分增益

4051 （通过 CTH1A 信号来选择）

NO.4056 主轴和电机间的齿轮比（通过 CTH1A ， CTH2A 来选择）

~ （设定值 = 主轴一转对应电机的转速ⅹ 100 ）

4059

NO.4320 定向时电机的减速时的加速度（通过 CTH1A ， CTH2A 来选择）单位 10min-1/sec

~ （为 0 时，高速定向无效。设定值加大定向时间缩短）

4323

3 。关于位置环的参数


NO.4031 定向时的停止位置（当使用定向指令外部设定时，此参数无效）

NO.4077 定向时的停止位置的偏移量

NO.4060 定向时的位置增益（用 CTH1A ， CTH2A 信号选择）标准值 1000

~

4063

NO.4075 定向结束信号的检测水平（单位 ±1 脉冲）




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