李寧寧

沈陽機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 遼寧沈陽 110042

1 序言

AMO絕對式圓鋼柵尺是一種開放的空心軸式測量系統(tǒng)，它采用的是SSI協(xié)議，通過掃描在鋼帶上刻制出的高精度柵格進(jìn)行測量，主要用于附件頭C軸的位置檢測。AMO圓鋼柵尺因鋼帶本身超薄的尺寸，特別適用于安裝空間較小的場合，比如機(jī)床滑枕內(nèi)部、附件頭內(nèi)部等[1-3]。近年來，我們調(diào)試過多種規(guī)格的AMO絕對式圓鋼柵尺，積累了一定的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，本文將以使用圓鋼柵尺檢測附件頭C軸角度為例，從驅(qū)動配置、與數(shù)控系統(tǒng)兼容、參數(shù)表和相關(guān)PLC編程等多方面詳細(xì)介紹AMO絕對式圓鋼柵尺在SINUMERIK 840D sl上的配置與調(diào)試方法。

2 AMO圓鋼柵尺結(jié)構(gòu)及選型

AMO圓鋼柵尺由尺圈和尺頭組成。尺圈里外共分6層，如圖1所示，中間一層為鋼帶尺，其余為粘合層和保護(hù)層。

圖1 圓鋼柵尺鋼帶結(jié)構(gòu)

圓鋼柵尺的尺圈上刻有高精度柵格，讀數(shù)頭的安裝方向與尺圈方向一致，需與鋼帶尺上的柵格在一個(gè)水平線，且距離適中，否則讀數(shù)頭將無法正常讀取編碼數(shù)據(jù)。尺圈刻度和讀數(shù)頭如圖2所示。

圖2 尺圈刻度和讀數(shù)頭

本文以WMKA-20100.113-0900-3-7為例介紹其配置和調(diào)試方法。讀數(shù)頭型號說明如圖3所示。鋼帶型號為WMRA-1010.0-0900//285.78±0.02，其說明如圖4所示。實(shí)際應(yīng)用的安裝方式和安裝位置如圖5所示。

圖3 讀數(shù)頭型號說明

圖4 鋼帶型號說明

圖5 安裝示意

3 圓鋼柵尺反饋信號的檢測

信號檢測使用的是AMO公司的檢測儀ATUAbsolute Test Unit。圓鋼柵尺和讀數(shù)頭安裝完成后，將讀數(shù)頭端的接頭與檢測儀的接頭對接，檢測儀的USB接口連接到個(gè)人電腦，電源插頭連接220V電源。完成連接后，打開檢測軟件AMO_GmbH_ATU_v4.1，其設(shè)置樣例如圖6所示。

圖6 檢測軟件設(shè)置樣例

設(shè)置完成后，點(diǎn)擊“Connect to device”，再點(diǎn)擊“Start”，位置顯示區(qū)應(yīng)有顯示數(shù)值，讀數(shù)頭連續(xù)旋轉(zhuǎn)一周以上均有連續(xù)的數(shù)值（數(shù)值范圍0～360）視為安裝合格，否則需要調(diào)整鋼柵尺或讀數(shù)頭，直至通過信號測試。

4 硬件連接和驅(qū)動配置

讀數(shù)頭端接頭經(jīng)西門子系統(tǒng)電纜6FX8002-2CH00-XXXX連接至柜內(nèi)接口模塊SMC20，接口模塊SMC20連接至NCU或某一驅(qū)動模塊的空閑接口。將此圓鋼柵尺分配給某不帶第二編碼器的軸，若所有軸均帶第二編碼器，則需增加一個(gè)伺服模塊和新的伺服軸。

4.1 假設(shè)Z軸不帶第二編碼器

以Z軸不帶第二編碼器為例，將圓鋼柵尺分配給Z軸第二編碼器，設(shè)置如下。

1）參照圖7進(jìn)行編碼器接口設(shè)定，選擇Z軸進(jìn)行驅(qū)動配置，紅框中選擇圓鋼柵尺連接的SMC20接口模塊。

圖7 編碼器接口設(shè)定

2）參照圖8、圖9進(jìn)行編碼器類型配置和詳細(xì)設(shè)定，按照紅框中的設(shè)定對圓鋼柵尺進(jìn)行配置。

圖8 編碼器類型配置

圖9 編碼器詳細(xì)設(shè)定

圖9中每轉(zhuǎn)線數(shù)=編碼器線數(shù)×細(xì)分位數(shù)=900×25=22500；步數(shù)=編碼器線數(shù)×分辨率=900×210=921600。

4.2 假設(shè)所有軸均帶第二編碼器

如果所有軸均帶第二編碼器，則需要增加一個(gè)伺服模塊和新的伺服軸，將圓鋼柵尺分配給新增伺服軸，此處以新增伺服軸U為例，設(shè)置如下。

1）參照圖10進(jìn)行電動機(jī)型號配置，為U軸配置電動機(jī)。

圖10 電動機(jī)型號配置

2）參照圖11進(jìn)行U軸編碼器接口配置，紅框中選擇圓鋼柵尺連接的SMC20接口模塊。

圖11 編碼器接口配置

3）參照圖8、圖9，通過輸入數(shù)據(jù)，按照紅框中的設(shè)定對圓鋼柵尺進(jìn)行配置。

4）驅(qū)動參數(shù)P447[1]改為25。

5 參數(shù)設(shè)定

配置驅(qū)動后，需按以下參數(shù)表設(shè)定參數(shù)，通用數(shù)據(jù)與通道數(shù)據(jù)見表1，軸數(shù)據(jù)見表2。

表1 通用數(shù)據(jù)與通道數(shù)據(jù)

表2 軸數(shù)據(jù)

6 附件頭與主軸位置編碼器的信號切換

附件頭C軸和主軸分別具有獨(dú)立的位置編碼器，共用主軸電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，C軸夾緊時(shí)，系統(tǒng)切換至主軸位置編碼器，主軸生效，使用主軸進(jìn)行換刀、工件加工等；C軸松開時(shí)，系統(tǒng)切換至C軸位置編碼器，即AMO圓鋼柵尺，C軸生效，旋轉(zhuǎn)附件頭。附件頭和主軸的結(jié)構(gòu)配置如圖12所示。

圖12 附件頭和主軸結(jié)構(gòu)配置

編碼器信號切換應(yīng)用的是設(shè)定點(diǎn)切換功能，該功能是西門子840D sl數(shù)控系統(tǒng)的選項(xiàng)功能，使用該功能需要訂購，它通過設(shè)定NC參數(shù)和PLC程序的邏輯控制相關(guān)接口信號實(shí)現(xiàn)編碼器的信號切換。NC參數(shù)即N30110、N30220，參數(shù)的設(shè)定值參考表2中的軸數(shù)據(jù)。主軸和C軸切換的PLC時(shí)序如圖13所示。

圖13 主軸和C軸切換的PLC時(shí)序

PLC程序示例如下。

A DB109.DBX23.7 //C軸松開到位

AN DB109.DBX23.6 //C軸夾緊沒到位

S M 42.0

R M 42.1

S M 42.3

A M 42.0

AN DB34.DBX 2.1

R DB34.DBX 24.5

A M 42.0

A DB35.DBX 61.3

S DB35.DBX 24.5

A DB35.DBX 96.5

A DB35.DBX 1.6

A DB35.DBX 21.7

S M 42.2

A DB35.DBX 93.5

A DB10.DBX 104.7

A DB10.DBX 108.7

AN DB10.DBX 106.1

A M 42.2

= DB35.DBX 2.1

A DB21.DBX198.3

A(

A DB109.DBX 23.6 //C軸夾緊到位

AN DB109.DBX 23.7 //C軸松開到位

O

A M 42.7

)

S M 42.1

R M 42.0

A M 42.1

R M 42.2

A M 42.1

AN DB35.DBX 2.1

R DB35.DBX 24.5

A M 42.1

A DB34.DBX61.3

S DB34.DBX24.5

A M 42.1

A DB34.DBX96.5

R M 42.3

A Q 2.1

AN M 42.3

A DB109.DBX 23.6 //C軸夾緊到位

= DB34.DBX 2.1

7 結(jié)束語

AMO圓鋼柵尺的安裝方式保證附件頭的位置檢測不受振動影響，圓鋼柵尺的材質(zhì)保證位置檢測不受電磁干擾，其絕對值信號保證位置檢測長期精準(zhǔn)。選擇AMO絕對式圓鋼柵尺，既節(jié)省了安裝空間，又提高了反饋信號的抗干擾能力，同時(shí)減少了因附件頭位置檢測錯(cuò)誤導(dǎo)致的機(jī)床受損、工件報(bào)廢等問題。