西門子840D數(shù)控系統(tǒng)主軸如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔

［摘要］文章以普通立式車床進(jìn)行改造的實(shí)踐為例，闡述采用西門子數(shù)控系統(tǒng)840D實(shí)現(xiàn)其主軸自動(dòng)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(dòng)換檔

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

［中圖分類號(hào)］ U46 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1007-7723（2012）03-0033-0004

西門子840D數(shù)控系統(tǒng)主軸功能強(qiáng)大,其中有一個(gè)主軸擺動(dòng)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(dòng)換檔就是利用西門子主軸這一功能來實(shí)現(xiàn)的。下面將具體說說如何實(shí)現(xiàn)換檔。

一般來說，機(jī)床主軸變速是由電機(jī)轉(zhuǎn)速和機(jī)械檔位的切換，實(shí)現(xiàn)主軸連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的。該機(jī)床主軸設(shè)置有四個(gè)機(jī)械檔位，每檔的機(jī)械檔位傳動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)速為：0～4500rpm/min；電機(jī)最高轉(zhuǎn)速4500rpm/min，那么對(duì)應(yīng)的工作臺(tái)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(jī)械傳動(dòng)比數(shù)據(jù)，主軸每檔的速度都要輸入相應(yīng)的位置，參數(shù)不對(duì)直接影響主軸自動(dòng)換檔的實(shí)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(jìn)行邏輯控制就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔了，下面著重說明PLC編程中如何實(shí)現(xiàn)換檔。

主軸換檔分手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式，現(xiàn)以自動(dòng)換檔為例進(jìn)行闡述。

工作臺(tái)主軸有四個(gè)機(jī)械檔位，有四個(gè)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(gè)檔位。狀態(tài)見表2：

變檔動(dòng)作的執(zhí)行是通過四個(gè)電磁閥分別取名為YV1、YV2、YV3、YV4來推動(dòng)兩個(gè)油缸實(shí)現(xiàn)機(jī)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(jī)械是如何換檔的。

下面將敘述的接口信號(hào)是PLC與NC之間的信號(hào)，該信號(hào)是主軸目前實(shí)際檔位狀態(tài)與需要進(jìn)行檔位變換的指令信號(hào)。由PLC通知NCK的實(shí)際機(jī)械檔位信號(hào)，告訴NCK機(jī)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(hào)NC就可以知道機(jī)械目前實(shí)際所處檔位，當(dāng)然這些接口信號(hào)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(gè)軸號(hào)，本項(xiàng)目第三個(gè)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(jī)械所處的檔位的。

自動(dòng)換檔如何定義呢？自動(dòng)換檔就是指操作者只需要在加工程序中輸入一個(gè)指令，比如：M41、M42、M43、M44或者M(jìn)40 S35就可以實(shí)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(dòng)換到所需的加工檔位，這就叫自動(dòng)換檔。

那么這些M指令其實(shí)就是NC要求的換檔信號(hào)，也就是NC告訴PLC的信號(hào)，我們?cè)赑LC編程時(shí)就是利用這些接口信號(hào)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔，這些M指令可以通過以下接口信號(hào)譯碼得出。西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的接口信號(hào)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(hào)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(hào)的譯碼是如何實(shí)現(xiàn)的。

另外還有一個(gè)指令：M40 M3 S35，通過輸入主軸轉(zhuǎn)速來自動(dòng)換檔。當(dāng)操作者輸入一個(gè)主軸轉(zhuǎn)速值時(shí)，NC首先會(huì)判斷該轉(zhuǎn)速值符不符合目前的機(jī)械檔位，如果不符合，NC就會(huì)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(hào)控制電磁閥來執(zhí)行所需要的檔位。剛才提到的NC首先會(huì)判斷該轉(zhuǎn)速值符不符合目前的機(jī)械檔位是關(guān)鍵地方之所在，也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔的關(guān)鍵之處。實(shí)際上NC一直在不停地比較機(jī)械所處的實(shí)際檔位和指令要求的檔位是否一致，不一致就會(huì)要求換檔。PLC譯碼出要換檔的檔位進(jìn)行換檔，直到實(shí)際檔位信號(hào)和要求的檔位信號(hào)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(diǎn)需要說明的地方，比如：

DB10.DBX108.7——NC就緒信號(hào)；

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(hào)；

最后還有兩個(gè)重要的接口信號(hào)要特別注意，一個(gè)是換檔完成信號(hào)（DB33.DBX16.3），它是一個(gè)脈沖信號(hào)，就是在每次換檔完成后就給它一個(gè)500ms的脈沖高電平信號(hào)，使主軸停止擺動(dòng)，同時(shí)主軸復(fù)位，使主軸從擺動(dòng)方式切換到原來的速控方式。另一個(gè)信號(hào)與之對(duì)應(yīng)，也就是擺動(dòng)使能信號(hào)（DB33.DBX18.5），要主軸進(jìn)入擺動(dòng)方式必須把它置“1”高電平，在換檔完成的同時(shí)它也要為“0”低電平，這樣一個(gè)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(shí)現(xiàn)主軸的自動(dòng)換檔功能，且換檔過程中主軸自動(dòng)地來回?cái)[動(dòng)，換檔到位后主軸擺動(dòng)停止，擺動(dòng)功能結(jié)束。