西門子840D數控系統主軸功能強大,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的。下面將具體說說如何實現換檔。
一般來說，機床主軸變速是由電機轉速和機械檔位的切換，實現主軸連續運轉的。該機床主軸設置有四個機械檔位，每檔的機械檔位傳動比如下：
?、駲n：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。
主軸電機轉速為：0～4500rpm/min；電機最高轉速4500rpm/min，那么對應的工作臺的轉速如下：
Ⅰ檔：速度1～6轉；Ⅱ檔：速度2～12轉；Ⅲ檔：速度4～24轉；Ⅳ檔：速度8～48轉。
在數控系統里，關于主軸的軸參數設定是至關重要的，下面這些參數都和主軸換檔有關。上面提到的機械傳動比數據，主軸每檔的速度都要輸入相應的位置，參數不對直接影響主軸自動換檔的實現。
主軸換檔的參數設定見表1：
以上主軸換檔相關的參數設好后，再從PLC里進行邏輯控制就可以實現自動換檔了，下面著重說明PLC編程中如何實現換檔。
主軸換檔分手動和自動兩種方式，現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，分別取名為K1、K2、K3、K4，它們組合狀態來指示這四個檔位。狀態見表2：
變檔動作的執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機械齒輪換檔的，電磁閥得電狀態見表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機械現在的檔位（注：西門子數控系統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說明數控系統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就可以實現換一檔、換二檔、換三檔、換四檔，或者NC根據操作者輸入的轉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數控系統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清楚地說明數控NC到PLC之間要求換檔信號的譯碼是如何實現的。
另外還有一個指令：M40 M3 S35，通過輸入主軸轉速來自動換檔。當操作者輸入一個主軸轉速值時，NC首先會判斷該轉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行所需要的檔位。剛才提到的NC首先會判斷該轉速值符不符合目前的機械檔位是關鍵地方之所在，也是實現自動換檔的關鍵之處。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.DBX108.7NC就緒信號；
M100.0PLC內部中間繼電器，中文解釋就是A值相等；
M100.1PLC內部中間繼電器，中文解釋就是B值相等；
M100.2PLC內部中間繼電器，中文解釋就是C值相等；
M100.3PLC內部中間繼電器，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高電平，在換檔完成的同時它也要為低電平，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程序和設置完軸參數即可實現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，擺動功能結束。
(審核編輯: 智匯張瑜)
分享
