［摘要］文章以普通立式車床進行改造的實踐為例，闡述采用西門子數(shù)控系統(tǒng)840D實現(xiàn)其主軸自動換檔的過程、要求和參數(shù)設(shè)置。

［關(guān)鍵詞］數(shù)控系統(tǒng)主軸；自動換檔

［作者簡介］陳輝，江蘇省啟東市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所所長助理，助理工程師，江蘇啟東，226200

［中圖分類號］ U46 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1007-7723（2012）03-0033-0004

西門子840D數(shù)控系統(tǒng)主軸功能強大,其中有一個主軸擺動功能就是為了方便主軸換檔而特有的功能，通過該功能使主軸換檔變得非常容易，自動換檔就是利用西門子主軸這一功能來實現(xiàn)的。下面將具體說說如何實現(xiàn)換檔。

一般來說，機床主軸變速是由電機轉(zhuǎn)速和機械檔位的切換，實現(xiàn)主軸連續(xù)運轉(zhuǎn)的。該機床主軸設(shè)置有四個機械檔位，每檔的機械檔位傳動比如下：

Ⅰ檔：齒輪比121/10760；Ⅱ檔：齒輪比242/10760；Ⅲ檔：齒輪比484/10760；Ⅳ檔：齒輪比968/10760。

主軸電機轉(zhuǎn)速為：0～4500rpm/min；電機最高轉(zhuǎn)速4500rpm/min，那么對應的工作臺的轉(zhuǎn)速如下：

Ⅰ檔：速度1～6轉(zhuǎn)；Ⅱ檔：速度2～12轉(zhuǎn)；Ⅲ檔：速度4～24轉(zhuǎn)；Ⅳ檔：速度8～48轉(zhuǎn)。

在數(shù)控系統(tǒng)里，關(guān)于主軸的軸參數(shù)設(shè)定是至關(guān)重要的，下面這些參數(shù)都和主軸換檔有關(guān)。上面提到的機械傳動比數(shù)據(jù)，主軸每檔的速度都要輸入相應的位置，參數(shù)不對直接影響主軸自動換檔的實現(xiàn)。

主軸換檔的參數(shù)設(shè)定見表1：

以上主軸換檔相關(guān)的參數(shù)設(shè)好后，再從PLC里進行邏輯控制就可以實現(xiàn)自動換檔了，下面著重說明PLC編程中如何實現(xiàn)換檔。

主軸換檔分手動和自動兩種方式，現(xiàn)以自動換檔為例進行闡述。

工作臺主軸有四個機械檔位，有四個限位開關(guān)，分別取名為K1、K2、K3、K4，它們組合狀態(tài)來指示這四個檔位。狀態(tài)見表2：

變檔動作的執(zhí)行是通過四個電磁閥分別取名為YV1、YV2、YV3、YV4來推動兩個油缸實現(xiàn)機械齒輪換檔的，電磁閥得電狀態(tài)見表3，通過該表可以很清楚地知道機械是如何換檔的。

下面將敘述的接口信號是PLC與NC之間的信號，該信號是主軸目前實際檔位狀態(tài)與需要進行檔位變換的指令信號。由PLC通知NCK的實際機械檔位信號，告訴NCK機械現(xiàn)在的檔位（注：西門子數(shù)控系統(tǒng)主軸最多可以有五檔可換）。通過下面的接口信號NC就可以知道機械目前實際所處檔位，當然這些接口信號是通過PLC處理過的。

比如：

DB33.DBX16.0

DB33.DBX16.1

DB33.DBX16.2

“3”——表示要換檔的那個軸號，本項目第三個軸為主軸，所以為DB33.DBX16.0；DB33.DBX 16.1；DB33.DBX16.2，把它們分別命名為：A、B、C。表4說明數(shù)控系統(tǒng)NC是如何知道機械所處的檔位的。

自動換檔如何定義呢？自動換檔就是指操作者只需要在加工程序中輸入一個指令，比如：M41、M42、M43、M44或者M40 S35就可以實現(xiàn)換一檔、換二檔、換三檔、換四檔，或者NC根據(jù)操作者輸入的轉(zhuǎn)速指令自動換到所需的加工檔位，這就叫自動換檔。

那么這些M指令其實就是NC要求的換檔信號，也就是NC告訴PLC的信號，我們在PLC編程時就是利用這些接口信號來實現(xiàn)自動換檔，這些M指令可以通過以下接口信號譯碼得出。西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的接口信號中除上述NC到PLC信息交換接口，還有一種是處理NC到PLC之間雙向信息交換的接口；同樣將譯碼信號命名為：A、B、C。通過表5清楚地說明數(shù)控NC到PLC之間要求換檔信號的譯碼是如何實現(xiàn)的。

另外還有一個指令：M40 M3 S35，通過輸入主軸轉(zhuǎn)速來自動換檔。當操作者輸入一個主軸轉(zhuǎn)速值時，NC首先會判斷該轉(zhuǎn)速值符不符合目前的機械檔位，如果不符合，NC就會要求換檔，通過PLC程序譯碼出NC要求換幾檔，通過該譯碼信號控制電磁閥來執(zhí)行所需要的檔位。剛才提到的NC首先會判斷該轉(zhuǎn)速值符不符合目前的機械檔位是關(guān)鍵地方之所在，也是實現(xiàn)自動換檔的關(guān)鍵之處。實際上NC一直在不停地比較機械所處的實際檔位和指令要求的檔位是否一致，不一致就會要求換檔。PLC譯碼出要換檔的檔位進行換檔，直到實際檔位信號和要求的檔位信號狀態(tài)一致，那么換檔也就完成了。

下面的梯形圖程序與筆者的闡述是一致的。

其中有幾點需要說明的地方，比如：

DB10.DBX108.7——NC就緒信號；

M100.0——PLC內(nèi)部中間繼電器，中文解釋就是A值相等；

M100.1——PLC內(nèi)部中間繼電器，中文解釋就是B值相等；

M100.2——PLC內(nèi)部中間繼電器，中文解釋就是C值相等；

M100.3——PLC內(nèi)部中間繼電器，中文解釋就是A、B、C值相等，也就是換檔完成信號；

最后還有兩個重要的接口信號要特別注意，一個是換檔完成信號（DB33.DBX16.3），它是一個脈沖信號，就是在每次換檔完成后就給它一個500ms的脈沖高電平信號，使主軸停止擺動，同時主軸復位，使主軸從擺動方式切換到原來的速控方式。另一個信號與之對應，也就是擺動使能信號（DB33.DBX18.5），要主軸進入擺動方式必須把它置“1”高電平，在換檔完成的同時它也要為“0”低電平，這樣一個完整的換檔過程就形成了。

通過以上的描述和步驟，編寫PLC程序和設(shè)置完軸參數(shù)即可實現(xiàn)主軸的自動換檔功能，且換檔過程中主軸自動地來回擺動，換檔到位后主軸擺動停止，擺動功能結(jié)束。