淺談SIEMENS 840D主軸速度控制

張紅　王朋

摘要：本文研究SIEMENS 840D主軸速度控制中的無(wú)級(jí)變速，對(duì)其無(wú)級(jí)變速的換擋控制進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：主軸換擋；PLC；參數(shù)

前言

主軸換擋的目的是為了主軸工作在低速時(shí)，仍能獲得較大的功率，提供足夠的切削動(dòng)力。主軸的換擋操作可以在擺動(dòng)控制方式下進(jìn)行，也可以在定位控制方式下進(jìn)行，取決于機(jī)床數(shù)據(jù)MD35010的設(shè)置。數(shù)控系統(tǒng)在執(zhí)行主軸換擋指令時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入擺動(dòng)控制方式，主軸電機(jī)處于擺動(dòng)狀態(tài)，使主軸變速箱內(nèi)的齒輪在擺動(dòng)過(guò)程中容易嚙合，便于主軸換擋。840D系統(tǒng)規(guī)定了最多5個(gè)檔位級(jí)別，每個(gè)檔位的最高速度和最低速度可通過(guò)機(jī)床數(shù)據(jù)設(shè)置。

1.主軸換擋的PLC控制

主軸的擺動(dòng)控制方式用輔助功能代碼M41、M42、M43、M44、M45激活，它們對(duì)應(yīng)于主軸的第一擋到第五擋，也可用自動(dòng)換擋指令M40激活，這時(shí)系統(tǒng)根據(jù)零件加工程序中的主軸速度指令S和機(jī)床數(shù)據(jù)中設(shè)置的每擋的速度范圍，自動(dòng)確定主軸的擋位。數(shù)控系統(tǒng)在執(zhí)行換擋指令時(shí)，系統(tǒng)接口信號(hào)DB33.DBX84.6被置位，激活擺動(dòng)控制方式，同時(shí)把擋位信息傳送到DB33.DBB82的低3位中。PLC應(yīng)用程序從接口中讀出這些信息，控制主軸的換擋動(dòng)作。

圖1中給出了主軸在擺動(dòng)控制方式下，主軸換擋的PLC控制程序。程序中假如數(shù)控機(jī)床只有兩個(gè)擋位，Q41.6為第一擋，Q41.7為第二擋，進(jìn)行換擋操作時(shí)，系統(tǒng)接口信號(hào)DB33.DBX18.5被置位，主軸電機(jī)開(kāi)始以設(shè)置的擺動(dòng)速度來(lái)回?cái)[動(dòng)，同時(shí)PLC程序控制液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)換擋撥叉進(jìn)行換擋。為了監(jiān)測(cè)換擋是否到位，在機(jī)床上安裝有兩個(gè)擋位狀態(tài)開(kāi)關(guān)，主軸在第一擋位上，第一擋位開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入到接口I32.5；主軸在第二擋位上，第二擋位開(kāi)關(guān)的信號(hào)輸入到接口I32.6。一旦系統(tǒng)檢測(cè)到實(shí)際擋位符合目標(biāo)擋位，系統(tǒng)接口信號(hào)DB33.DBX16.3被置位，利用此信號(hào)使換擋操作信號(hào)Q41.6和Q41.7復(fù)位，換擋過(guò)程結(jié)束。

實(shí)際上主軸換擋過(guò)程有一定的時(shí)序要求，在設(shè)計(jì)PLC控制時(shí)序時(shí)，必須遵守主軸的換擋時(shí)序。數(shù)控系統(tǒng)在接收到零件程序中的換擋指令后，主軸首先減速到零，然后主軸由速度控制方式自動(dòng)轉(zhuǎn)為擺動(dòng)控制方式，DB33.DBX84.6被置位，同時(shí)通過(guò)信號(hào)接口DB33.DBX82.3發(fā)出換擋要求，目標(biāo)擋位信號(hào)送到接口DB33.DBX82.0—DB33.DBX82.2中， PLC程序在接到換擋請(qǐng)求信號(hào)后，檢測(cè)主軸是否停止（DB33.DBX61.4）。當(dāng)確認(rèn)主軸停止后，通過(guò)接口信號(hào)DB33.DBX18.5啟動(dòng)主軸擺動(dòng)。主軸擺動(dòng)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)T3延時(shí)后，控制換擋電磁閥動(dòng)作，利用撥叉改變齒輪的位置，以達(dá)到目標(biāo)擋位。T3的延時(shí)時(shí)間根據(jù)換擋機(jī)構(gòu)的時(shí)間滯后特點(diǎn)設(shè)置。PLC程序檢測(cè)到目標(biāo)擋位到位信號(hào)后，需要將主軸的實(shí)際擋位信息通過(guò)信號(hào)接口DB33.DBX16.0—DB33.DBX16.2反饋給數(shù)控系統(tǒng)，并通過(guò)信號(hào)接口DB33.DBX16.3向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換擋已經(jīng)完成信號(hào)。系統(tǒng)接收到換擋完成信號(hào)，自動(dòng)恢復(fù)主軸的速度控制方式，DB33.DBX84.7置位為1，DB33.DBX84.6復(fù)位。

為了使主軸的換擋安全可靠，關(guān)鍵是防止換擋齒輪損壞，要做到這一點(diǎn)，在發(fā)出換擋動(dòng)作之前，主軸必須完全停止，然后進(jìn)入擺動(dòng)工作狀態(tài)。主軸在換擋過(guò)程中有時(shí)檢測(cè)不到擋位到位信號(hào)，數(shù)控系統(tǒng)就認(rèn)為換擋過(guò)程沒(méi)有完成，主軸將繼續(xù)擺動(dòng)，加工程序不能往下執(zhí)行。其原因有兩種可能：一是行程開(kāi)關(guān)或限位擋塊出現(xiàn)了故障，或者是產(chǎn)生了偏移，即使擋位已經(jīng)到位，也不能向數(shù)控系統(tǒng)提供正確的擋位信號(hào)；二是兩個(gè)換擋齒輪端面相碰，沒(méi)嚙合，擋位的確沒(méi)有到位。針對(duì)第一種情況，換擋過(guò)程可能永遠(yuǎn)都不能完成解決這個(gè)問(wèn)題的最好解決辦法是在PLC控制程序中增加撥叉動(dòng)作計(jì)數(shù)功能，如果的時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)接收不到換擋到位信號(hào)，可將換擋撥叉退回，經(jīng)過(guò)延時(shí)再次啟動(dòng)撥叉使齒輪嚙合，同時(shí)啟動(dòng)時(shí)間監(jiān)控，如果數(shù)控系統(tǒng)仍然得不到換擋到位信號(hào)，重復(fù)上述動(dòng)作，直到最終得到換擋到位信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，只要換擋部件沒(méi)有問(wèn)題，經(jīng)過(guò)幾個(gè)換擋動(dòng)作，是可以完成主軸換擋操作的。

2.結(jié)語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用機(jī)械發(fā)展的新成就，并運(yùn)用現(xiàn)代電子、測(cè)量計(jì)算機(jī)等新技術(shù)，是機(jī)電一體化的結(jié)晶，目前已成為機(jī)械制造發(fā)展的重要方向。近年來(lái)， PLC 已具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力，良好的通訊功能，極高的處理速度，已獲得廣泛的應(yīng)用。PLC技術(shù)具有成品組裝，可靠性極強(qiáng)，安裝、使用、維護(hù)、維修方便的特點(diǎn)。PLC在數(shù)控機(jī)床中的推廣和使用必然使得數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)更加靈活、工作性能更加穩(wěn)定、加工精度更高、速度更快、功能更趨向于齊全。

參考文獻(xiàn)：

[1] SIEMENS SINUMERIK840D/810D簡(jiǎn)明調(diào)試指南，2006：207—255.

[2]SIEMNS SINUMERIK 840D/840Di/810D/FM-NC Description of Functions，Basic Machine

[3]王洪波.數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù)-SINUMERIK810D/840D系統(tǒng).電子工業(yè)出版社，2007.

作者簡(jiǎn)介：

張紅（1986—），女，漢族，廣東中山市人，天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)學(xué)士，助教，研究方向：數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修技術(shù)。

王朋（1982—），男，漢族，廣東佛山市人，天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)學(xué)士，數(shù)控車技師，研究方向：數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修技術(shù)。