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1 6RA8261主轴定位装置的工作过程 
图1 6RA8261定位装置原理框图
- 输入电压 DC±24V或AC22～28V；
- 定位方式 绝对/增量；
- 定位精度 ±0.176°(检测元件为1024编码器)；
- 允许主轴变速 3档(任意减速比)；
- 定位转速输出 高速≥500r/min，低速≤200r/min；
- 定位点设置 0～360°。
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- 当主轴不需要定位时，由NC或外部给定的转速给定值直接控制主轴调速单元，图1中的nset=nNC，定位装置的位置环无效，主轴转速由外部调速单元组成的速度闭环控制。
- 当主轴实际转速nact≥600r/min时，输入定位指令，主轴立即减速到定位基准转速(约600r/min)再旋转1.5～3转后达到同步，然后进入位置控制，使主轴定位到预置点并保持位置闭环。
- 当主轴实际转速60r/min≤nact＜600r/min时，输入定位指令，主轴以现行转速达到同步，然后进入位置控制(下限60r/min为可调节转速)。
- 当主轴实际转速为0或＜60r/min时，输入定位指令，主轴以60r/min的转速起动并达到同步，再进入位置控制。
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2 定位装置各部分工作原理
- 电源部分 以LM317K稳压块为核心，组成输出为±12V及+5V独立可调电源回路，供定位装置内部线路用。对输入电源的要求为AC22～28V/300mA或DC±24V/300mA，交、直流均可。
- 输入控制 由SN75116线驱动、MC14027J•K触发器等组成，作用有3：①对编码器输入的信号(ua，ub，uc)进行整形、放大；②产生两倍频的内部计数脉冲Z；③检测主轴实际转向，并产生转向鉴别信号V/R,V/R，(正转：V/R=1,V/R=0,反之亦然)。
- 计数控制与D/A转换单元 由计数值预置、脉冲数转换、置数控制、D/A转换四部分组成，产生闭环位置调节所对应的速度给定电压KvDf(Df为与实际计数脉冲相对应的主轴角度)(图3)。
- 计数预置的作用是将内部拨码开关设置的定位点偏移值、外部I/O给定的定位点偏移值及编码器脉冲数调整值相加后，作为进入闭环位置调节瞬间的计数器初始值。而后随着主轴的旋转通过输入的计数脉冲对预置值进行加/减运算，其结果送给D/A转换器作数据输入。在实际线路里它由MC14519“与或”选择器、MC14008全加器及MC14516计数器组成，限于篇幅线路图从略。
- 脉冲数转换是为了使定位装置能适用于不同脉冲的编码器，它是通过设置计数器不同的初始值达到脉冲数变换的目的。例如：对于每转1024脉冲的编码器，计数值预置为2048；对于每转1000脉冲的编码器，计数值预置为2000。这一选择在装置内部是通过短接棒予以设置的。
- 置数控制的作用是在编码器0脉冲到达的瞬间对计数器进行预置控制，保证内部同步。
图4 计数控制和D/A转换波形图
图5 给定值转换单元原理图- D/A转换单元在维修和调试时要注意三点。首先，该装置为了提高转换精度，采用正负输出叠加输出方式，D/A转换器最终输出的模拟量为-KvDf，SIEMENS取Kv=2。其次，是在实际线路里计数器的输出并不是直接作为D/A转换器的输入，而是将计数器输出的第10位(Z10)取反后输入D/A转换器，目的是当计数器被减(或加)到1024时，D/A转换器的输出KvDf=0。如前所述，输入脉冲是被输入控制线路两倍频后作计数脉冲的，所以事实上最终定位点是在180°的点上，而不在脉冲编码器的0位。第三，当编码器为1000脉冲/r时，计数器被预置2000，第10位(Z10)取反后D/A转换器的初始值为976；这是因为对D/A转换器来说，输入为1024时恒有KvDf=0，在这种情况下只要再输入976个脉冲，计数器即被减到1024，结果是使用1000脉冲/r编码器的定位点成了176°，而不再是180°，见图4。
- 给定值转换与传动级交换 控制要求有3点：①根据定位开始时的不同初始转速，输出图2所示的速度给定电压；②给定电压应随主轴传动级的不同而改变，以保证主轴转速严格和图2相一致，而不是电机转速与之对应；③主轴转速在60r/min＜nact≤600r/min时，保证系统从速度环切换到位置环瞬间，速度给定不产生突跳。
- 其中第②点实际处理比较方便，只须将速度给定电压根据不同传动级进行相应放大或缩小即可。
- 计数预置的作用是将内部拨码开关设置的定位点偏移值、外部I/O给定的定位点偏移值及编码器脉冲数调整值相加后，作为进入闭环位置调节瞬间的计数器初始值。而后随着主轴的旋转通过输入的计数脉冲对预置值进行加/减运算，其结果送给D/A转换器作数据输入。在实际线路里它由MC14519“与或”选择器、MC14008全加器及MC14516计数器组成，限于篇幅线路图从略。
- 定位前u0=0，ngr=0,|nNC|≥0,A1负饱和，D1截止。
- 定位开始时，同步搜索转速u0＞0，这时分两种情况：
- |nNC|＞K2u0 (K2:A2环节的闭环增益)，D1仍截止，ngr=K2u0不变，主轴被降至搜索转速ngr。
- |nNC|＜K2u0,D1导通，各点电压计算如下：
- u1=(1+K1)ngr-|nNC|•K1≈K1(ngr-|nNC|) (K1>>1)
- ngr=K2[u0-(ngr-|nNC|)•K1] (K1：A1闭环增益)
- 得：
- u1=(1+K1)ngr-|nNC|•K1≈K1(ngr-|nNC|) (K1>>1)
- 由此可知：若定位前|nNC|=0，则ngr=
； 若 - |nNC|≠0，则ngr≈|nNC|(因
很小)，也就是说调节K2就可以改变定位搜索转速的上限，调节u0可以改变搜索转速的下限，并满足了图2给定值的要求。
 图6 D/A转换基准电压产生原理 |
 图7 定位三阶段的速度给定 |
3 主轴定位单元的调试
- 设置到位信号宽度 由定位板内部拨码开关设置，最大为：±5.45°，最小为±0.176°。
- 调整传动级变换回路的电阻(本文未画出)R22、R33、R44(实际电阻号)，计算公式为
- 式中i为减速比，R10在定位板内已固定为10kW。如对应传动级I的减速比为i=2，则取R33=10kW即可。
- 根据要求的定位转速上、下限值，调节图5中的R5改变上限搜索转速(ngr)，改变u0(在传动级变换回路，本文未画出)即可改变下限转速。