西门子840D数控系统主轴如何实现自动换档

　　西门子840D数控系统主轴功能强大,其中有一个主轴摆动功能就是为了方便主轴换档而特有的功能，通过该功能使主轴换档变得非常容易，自动换档就是利用西门子主轴这一功能来实现的。下面将具体说说如何实现换档。

　　一般来说，机床主轴变速是由电机转速和机械档位的切换，实现主轴连续运转的。该机床主轴设置有四个机械档位，每档的机械档位传动比如下：

　　Ⅰ档：齿轮比121/10760；Ⅱ档：齿轮比242/10760；Ⅲ档：齿轮比484/10760；Ⅳ档：齿轮比968/10760。

　　主轴电机转速为：0～4500rpm/min；电机最高转速4500rpm/min，那么对应的工作台的转速如下：

　　Ⅰ档：速度1～6转；Ⅱ档：速度2～12转；Ⅲ档：速度4～24转；Ⅳ档：速度8～48转。

　　在数控系统里，关于主轴的轴参数设定是至关重要的，下面这些参数都和主轴换档有关。上面提到的机械传动比数据，主轴每档的速度都要输入相应的位置，参数不对直接影响主轴自动换档的实现。

　　主轴换档的参数设定见表1：

　　以上主轴换档相关的参数设好后，再从PLC里进行逻辑控制就可以实现自动换档了，下面着重说明PLC编程中如何实现换档。

　　主轴换档分手动和自动两种方式，现以自动换档为例进行阐述。

　　工作台主轴有四个机械档位，有四个限位开关，分别取名为K1、K2、K3、K4，它们组合状态来指示这四个档位。状态见表2：

　　变档动作的执行是通过四个电磁阀分别取名为YV1、YV2、YV3、YV4来推动两个油缸实现机械齿轮换档的，电磁阀得电状态见表3，通过该表可以很清楚地知道机械是如何换档的。

　　下面将叙述的接口信号是PLC与NC之间的信号，该信号是主轴目前实际档位状态与需要进行档位变换的指令信号。由PLC通知NCK的实际机械档位信号，告诉NCK机械现在的档位（注：西门子数控系统主轴最多可以有五档可换）。通过下面的接口信号NC就可以知道机械目前实际所处档位，当然这些接口信号是通过PLC处理过的。

　　比如：

　　DB33.DBX16.0
　　DB33.DBX16.1
　　DB33.DBX16.2

　　“3”——表示要换档的那个轴号，本项目第三个轴为主轴，所以为DB33.DBX16.0；DB33.DBX 16.1；DB33.DBX16.2，把它们分别命名为：A、B、C。表4说明数控系统NC是如何知道机械所处的档位的。

　　自动换档如何定义呢？自动换档就是指操作者只需要在加工程序中输入一个指令，比如：M41、M42、M43、M44或者M40 S35就可以实现换一档、换二档、换三档、换四档，或者NC根据操作者输入的转速指令自动换到所需的加工档位，这就叫自动换档。

　　那么这些M指令其实就是NC要求的换档信号，也就是NC告诉PLC的信号，我们在PLC编程时就是利用这些接口信号来实现自动换档，这些M指令可以通过以下接口信号译码得出。西门子840D数控系统的接口信号中除上述NC到PLC信息交换接口，还有一种是处理NC到PLC之间双向信息交换的接口；同样将译码信号命名为：A、B、C。通过表5清楚地说明数控NC到PLC之间要求换档信号的译码是如何实现的。

　　另外还有一个指令：M40 M3 S35，通过输入主轴转速来自动换档。当操作者输入一个主轴转速值时，NC首先会判断该转速值符不符合目前的机械档位，如果不符合，NC就会要求换档，通过PLC程序译码出NC要求换几档，通过该译码信号控制电磁阀来执行所需要的档位。刚才提到的NC首先会判断该转速值符不符合目前的机械档位是关键地方之所在，也是实现自动换档的关键之处。实际上NC一直在不停地比较机械所处的实际档位和指令要求的档位是否一致，不一致就会要求换档。PLC译码出要换档的档位进行换档，直到实际档位信号和要求的档位信号状态一致，那么换档也就完成了。

　　下面的梯形图程序与笔者的阐述是一致的。

　　其中有几点需要说明的地方，比如：

　　DB10.DBX108.7——NC就绪信号；

　　M100.0——PLC内部中间继电器，中文解释就是A值相等；

　　M100.1——PLC内部中间继电器，中文解释就是B值相等；

　　M100.2——PLC内部中间继电器，中文解释就是C值相等；

　　M100.3——PLC内部中间继电器，中文解释就是A、B、C值相等，也就是换档完成信号；

　　最后还有两个重要的接口信号要特别注意，一个是换档完成信号（DB33.DBX16.3），它是一个脉冲信号，就是在每次换档完成后就给它一个500ms的脉冲高电平信号，使主轴停止摆动，同时主轴复位，使主轴从摆动方式切换到原来的速控方式。另一个信号与之对应，也就是摆动使能信号（DB33.DBX18.5），要主轴进入摆动方式必须把它置“1”高电平，在换档完成的同时它也要为“0”低电平，这样一个完整的换档过程就形成了。

　　通过以上的描述和步骤，编写PLC程序和设置完轴参数即可实现主轴的自动换档功能，且换档过程中主轴自动地来回摆动，换档到位后主轴摆动停止，摆动功能结束。