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級變速，對其無級變速的換擋控制進行了詳細的分析。

關鍵詞：主軸換擋；PLC；參數

前言

主軸換擋的目的是為了主軸工作在低速時，仍能獲得較大的功率，提供足夠的切削動力。主軸的換擋操作可以在擺動控制方式下進行，也可以在定位控制方式下進行，取決于機床數據MD35010的設置。數控系統在執行主軸換擋指令時，自動進入擺動控制方式，主軸電機處于擺動狀態，使主軸變速箱內的齒輪在擺動過程中容易嚙合，便于主軸換擋。840D系統規定了最多5個檔位級別，每個檔位的最高速度和最低速度可通過機床數據設置。

1.主軸換擋的PLC控制

主軸的擺動控制方式用輔助功能代碼M41、M42、M43、M44、M45激活，它們對應于主軸的第一擋到第五擋，也可用自動換擋指令M40激活，這時系統根據零件加工程序中的主軸速度指令S和機床數據中設置的每擋的速度范圍，自動確定主軸的擋位。數控系統在執行換擋指令時，系統接口信號DB33.DBX84.6被置位，激活擺動控制方式，同時把擋位信息傳送到DB33.DBB82的低3位中。PLC應用程序從接口中讀出這些信息，控制主軸的換擋動作。

圖1中給出了主軸在擺動控制方式下，主軸換擋的PLC控制程序。程序中假如數控機床只有兩個擋位，Q41.6為第一擋，Q41.7為第二擋，進行換擋操作時，系統接口信號DB33.DBX18.5被置位，主軸電機開始以設置的擺動速度來回擺動，同時PLC程序控制液壓系統驅動換擋撥叉進行換擋。為了監測換擋是否到位，在機床上安裝有兩個擋位狀態開關，主軸在第一擋位上，第一擋位開關信號輸入到接口I32.5；主軸在第二擋位上，第二擋位開關的信號輸入到接口I32.6。一旦系統檢測到實際擋位符合目標擋位，系統接口信號DB33.DBX16.3被置位，利用此信號使換擋操作信號Q41.6和Q41.7復位，換擋過程結束。

實際上主軸換擋過程有一定的時序要求，在設計PLC控制時序時，必須遵守主軸的換擋時序。數控系統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轉為擺動控制方式，DB33.DBX84.6被置位，同時通過信號接口DB33.DBX82.3發出換擋要求，目標擋位信號送到接口DB33.DBX82.0—DB33.DBX82.2中， PLC程序在接到換擋請求信號后，檢測主軸是否停止（DB33.DBX61.4）。當確認主軸停止后，通過接口信號DB33.DBX18.5啟動主軸擺動。主軸擺動開始，經過T3延時后，控制換擋電磁閥動作，利用撥叉改變齒輪的位置，以達到目標擋位。T3的延時時間根據換擋機構的時間滯后特點設置。PLC程序檢測到目標擋位到位信號后，需要將主軸的實際擋位信息通過信號接口DB33.DBX16.0—DB33.DBX16.2反饋給數控系統，并通過信號接口DB33.DBX16.3向數控系統發出換擋已經完成信號。系統接收到換擋完成信號，自動恢復主軸的速度控制方式，DB33.DBX84.7置位為1，DB33.DBX84.6復位。

為了使主軸的換擋安全可靠，關鍵是防止換擋齒輪損壞，要做到這一點，在發出換擋動作之前，主軸必須完全停止，然后進入擺動工作狀態。主軸在換擋過程中有時檢測不到擋位到位信號，數控系統就認為換擋過程沒有完成，主軸將繼續擺動，加工程序不能往下執行。其原因有兩種可能：一是行程開關或限位擋塊出現了故障，或者是產生了偏移，即使擋位已經到位，也不能向數控系統提供正確的擋位信號；二是兩個換擋齒輪端面相碰，沒嚙合，擋位的確沒有到位。針對第一種情況，換擋過程可能永遠都不能完成解決這個問題的最好解決辦法是在PLC控制程序中增加撥叉動作計數功能，如果的時間內系統接收不到換擋到位信號，可將換擋撥叉退回，經過延時再次啟動撥叉使齒輪嚙合，同時啟動時間監控，如果數控系統仍然得不到換擋到位信號，重復上述動作，直到最終得到換擋到位信號。一般來說，只要換擋部件沒有問題，經過幾個換擋動作，是可以完成主軸換擋操作的。

2.結語

數控機床是綜合應用機械發展的新成就，并運用現代電子、測量計算機等新技術，是機電一體化的結晶，目前已成為機械制造發展的重要方向。近年來， PLC 已具有強大的運算能力，良好的通訊功能，極高的處理速度，已獲得廣泛的應用。PLC技術具有成品組裝，可靠性極強，安裝、使用、維護、維修方便的特點。PLC在數控機床中的推廣和使用必然使得數控機床的控制系統更加靈活、工作性能更加穩定、加工精度更高、速度更快、功能更趨向于齊全。

參考文獻：

[1] SIEMENS SINUMERIK840D/810D簡明調試指南，2006：207—255.

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

[3]王洪波.數控機床電氣維修技術-SINUMERIK810D/840D系統.電子工業出版社，2007.

作者簡介：

張紅（1986—），女，漢族，廣東中山市人，天津職業技術師范大學學士，助教，研究方向：數控機床故障診斷與維修技術。

王朋（1982—），男，漢族，廣東佛山市人，天津職業技術師范大學學士，數控車技師，研究方向：數控機床故障診斷與維修技術。