第7章 变频主轴实现定位运行的方法

在卧式车床或加工中心中，为了节约成本，常使用变频主轴，即使用变频器+普通三相异步电动机带动主轴旋转。如果在精密镗孔加工时，会要求主轴具备定位功能。加工中心的换刀动作也要求主轴必须具备定位功能。但一般的变频主轴是没有定位功能的，要实现变频主轴定位，必须进行特殊处理。本章以三菱变频器为例介绍变频主轴实现定位运行的方法。

7.1 硬件配置要求及定位准确度

1）变频器。变频器必须是三菱A系列的变频器，其他系列变频器不适用。

2）FR-A7AP定位卡。

3）旋转编码器。必须在电动机轴或机械轴上安装编码器。编码器技术规格如下

①差动型（A相，A非相，B相，B非相，Z相，Z非相）。

②互补型（A相，B相，Z相）。

③脉冲数范围：1000～4096脉冲/转。

4）变频器定位运行的重复定位准确度：±1.5°。

7.2 FR-A7AP定位卡的安装与接线

FR-A7AP定位卡是用于变频器定位和速度控制的专用模块，属于选件，必须单独订货购买。FR-A7AP定位卡的功能在于接收编码器发出的脉冲，根据参数的设定，发出定位信号，使电动机停止在设定的位置。

FR-A7AP定位卡安装在变频器内的位置如图7-1所示。

1）FR-A7AP定位卡端子排列如图7-2所示。

2）接线必须按照FR-A7AP定位卡说明书上的接线图进行接线。以欧姆龙公司的编码器E6B2-CWZ1X为例，分辨率为1024脉冲/转，具体见表7-1。表7-1中，第1行为FR-A7AP定位卡的端子，第2行为编码器的接线端子，FR-A7AP定位卡的端子中PIN与P0不接任何线，FR-A7AP定位卡端子中的两个PG短接，两个SD也要进行短接，PG与SD之间接5V直流电源供电，PG接正极，SD接负极。

图7-1 FR-A7AP定位卡安装在变频器内的位置

图7-2 FR-A7AP定位卡端子排列

表7-1 FR-A7AP定位卡和编码器的接线

7.3 变频器参数的设置

7.3.1 定位起动信号设置

要执行“定位运行”，必须设置“定位起动指令”端子。具体方法为：将变频器的某个输入端子通过参数重新定义其功能。定位起动信号设置示例如下：

选定变频器的RES端子作为“定位起动指令”端子，设置参数Pr189=22（RES端子被定义为“定位起动指令”端子），参照图7-3所示编码器接线参考图，当RES=ON，即发出“定位起动指令”。

7.3.2 定位完成信号设置

当定位完成后，变频器需要输出一个“定位完成”信号。定位完成信号设置示例如下：

选定变频器的FU端子作为“定位完成”信号端子，设置参数Pr194=27（FU端子被定义为“定位完成”端子），参照图7-3所示编码器接线参考图，当“定位完成”时，即发出FU=ON信号。

图7-3 编码器接线参考图

7.3.3 定位运行主要参数设置

1.pr.350——定位模式指令选择

本参数用于选择定位指令模式。

Pr.350=0——通过变频器内部指令进行定位。

Pr.350=1——通过外部信号进行定位（配用FX-A7AX定位卡）。

Pr.350=9999——定位功能无效（初始设置）。

执行定位运行时，设置Pr.350=0。

2.Pr.351——定位速度

本参数用来设置定位运行时的速度，如图7-4所示，频率设置范围为0.5～30Hz。

3.Pr.352接近速度

本参数用来设置接近速度，如图7-5所示，频率设置范围为0.5～10Hz。

图7-4 定位运行速度及Z相信号示意图

4.Pr.353——接近速度切换点

本参数用来设置从“定位速度”切换到“接近速度”的位置点。参数单位为脉冲，根据当前位置脉冲数设定，设定范围为0～9999，如图7-5所示。

图7-5 定位过程及各参数的定义

5.Pr.354——位置控制切换点

如图7-5所示，在该位置点，变频器内部进入“位置控制”，前面都是速度控制。本参数单位为脉冲，根据当前位置脉冲数设定（设定范围为0～8191）。

6.Pr.355——直流制动位置

本参数用来设置在位置控制时，执行“直流制动”的起始位置。本参数单位为脉冲（设定范围为0～255）。

7.Pr.356——定位距离

本参数是最重要的参数。它决定定位位置，定位位置从原点起计数。本参数单位为脉冲（设定范围为0～9999）。

8.Pr.359——PLG转动方向

PLG转动方向是指从编码器方向看，顺时针方向转为0，逆时针方向转为1，如图7-6所示。所

9.Pr.369——PLG脉冲数

本参数是指编码器铭牌上标定的PLG脉冲数。

10.Pr.357——定位精度

本参数用于设置定位完成“区域”，单位为脉冲（设定范围为0～255）。

11.Pr.361——定位位置调节量

在定位完成后，如果需要对“定位位置”进行调节（增加或减少），即可使用本参数设置调节量。

图7-6 PLG转动方向

7.4 定位过程

定位过程分为在运行过程中的定位、从停止状态起动的定位和连续多点定位，如图7-5所示。

7.4.1 在运行过程中的定位

1）发出“定位起动”信号（X22=ON），电动机减速至“定位速度”（Pr.351设定值）。当X22=ON后，变频器内部开始检测X22=ON后的第1个Z相信号，以该点作为定位运行的“原点”。变频器的“当前值”以此原点为基准。

2）用参数Pr.353设定接近速度切换点。“当前值”等于参数Pr.353设定值时，电动机速度切换到接近速度。

3）在“当前值”等于参数Pr.354设定值（位置控制切换点）时，变频器进入“位置控制”状态，电动机继续减速。

4）在“当前值”等于参数Pr.355设定值（直流制动起动点）时，变频器进入“直流制动状态”，电动机制动停止。

5）在“当前值”与参数Pr.356（定位距离）之差（绝对值）小于“定位区域”时，即为“定位完成”。定位区域及其计算公式如图7-7所示。

定位完成后，变频器输出“定位完成信号（ORA）”。

图7-7 定位区域及其计算公式

7.4.2 从停止状态起动的定位

1）发出“定位起动”信号（X22=ON），电动机加速到“定位速度”（Pr.351设定值）。

2）其余与7.4.1节“3）～7）”相同。

注意：如果设定的“定位距离”小于“直流制动位置”，则直接进入“直流制动电动机停止”。

7.4.3 连续多点定位

执行“连续多点定位”必须配置FX-A7AX定位卡，通过外部信号不断改变“定位位置”，从而实现连续多点定位。

7.4.4 关于定位原点的确定方法

1）设置直流制动位置参数Pr.355=0。

2）设置定位距离参数Pr.356=0。

3）设置PLG脉冲数参数Pr.369=编码器的分辨率。

4）定位起动信号X22=ON。

5）电动机停止的位置即为“原点”。

7.4.5 关于编码器脉冲的“4倍频”

参数Pr.369为编码器的分辨率，根据编码器铭牌值设定。如铭牌值为1024脉冲/转，即设置参数Pr.369=1024。变频器内部自动将其扩大4倍，按照4倍频即4096脉冲/转进行计算定位，即定位精度=360°/4096脉冲=0.087°/脉冲

关于定位距离参数Pr.356，根据编码器分辨率和PLG转动方向参数Pr.359来进行停止位置的确定。当编码器分辨率为1024脉冲/转时，Pr.369=1024，按照4倍频即4096脉冲/转进行计算定位，如图7-8所示。

图7-8 定位计算

7.5 对电动机性能的调谐

1.执行电动机性能的“自动调谐”

为使电动机在最佳工作状态下运行，必须执行电动机性能的“自动调谐”，操作如下：

1）连接变频器与电动机。

2）设置参数Pr.96（自动调整设定）=101。

3）按下起动键，变频器将对电动机进行性能整定。注意：电动机会旋转，必须确保安全。

2.参数Pr.96的设定及电动机的性能整定

参数Pr.96的设定及电动机的性能整定如图7-9所示。注意事项如下：

1）编码器与电动机轴或机械轴必须直连或用传动带连接。

图7-9 参数Pr.96的设定及电动机的性能整定

2）当编码器分辨率为2048脉冲/转时，安装轴允许转速为6000r/min。

3）变频器与电动机（编码器）连线距离不要超过30m。