传动级交换方法大全

1.基本说明

传动级交换是用于机械变速主轴的附加速度控制功能，使用CNC传动级交换功能时，CNC能够根据主轴实际传动比调整主轴转速输出特性，以改变主电动机转速，使主轴转速和加工程序中的S代码指令保持一致。

802S/C/D的主轴传动级交换可根据需要选择M41～M45自由换档和CNC自动换档两种交换方式。选择前者，用户可通过CNC的辅助功能指令M41～M45，自由指定变速档；选择后者，用户可通过CNC的M40 S□□□指令，由CNC根据编程转速S，自动输出传动级选择命令、强制主轴切换到规定的档位。

不同传动级的主轴传动比可通过CNC的参数进行设定。在802S/C/D上，主轴最大可设定5级传动比，不同档位的主轴传动比设定参数号MD后缀的传动级序号[n]区分，如MD35110[1]等。其中，序号[0]用于进给轴，对于主轴其设定值应与传动级[1]一致；序号[1]～[5]依次为由低到高5个变速档的设定参数。如果主轴的实际档位少于5档，应先使用低档参数，并将不使用的档位参数设定为高速档同样的值。主轴的每一档位都可设定如下两组传动级交换参数。

1）GEAR_STEP_MAX_VELO_LIMIT[n]/GEAR_STEP_MIN_VELO_LIMIT[n]：档位高/低速极限（S_max[n]/S_min[n]）设定，该组参数用来设定传动比，以确定主轴转速输出特性。对于主轴模拟量输出的CNC，其设定值应为CNC最大/最小主轴模拟量输出（DC10V/0V）所对应的S代码编程转速值，当编程转速超出参数设定的范围时，如不改变传动级，其主轴模拟量输出将被限制在DC10V或DC0V上。例如，当档位高/低速极限参数设定为2000/20时，执行加工程序中S2500、S2000、S1000、S10、S5指令，其主轴的模拟量输出将分别为10V、10V、5V、0V、0V等。

2）GEAR_STEP_MAX_VELO[n]/GEAR_STEP_MIN_VELO[n]：档位最大/最小转速（G_max[n]/G_min[n]）设定，该组参数用于CNC自动换档，参数的设定范围不能超过档位高/低速极限（S_max[n]/S_min[n]）转速。当CNC自动换档功能生效时，如S代码编程转速大于当前档位最大转速G_max[n]或小于当前档位最小转速G_min[n]，CNC将自动起动传动级交换功能，并向PLC发送传动级交换命令V39032000.3和传动级选择信号V39032000.0～V39032000.2，起动PLC的传动级交换控制程序。

M41～M45自由换档和CNC自动换档的PLC程序设计要求和主轴转速输出特性如下。

2.M41～M45自由换档

自由换档的主轴变速档可通过CNC的辅助功能指令M41～M45自由选择。CNC执行M41～M45指令时，可在输出M代码信号的同时，向PLC发送传动级交换命令信号V3903 2000.3和档位选择信号V39032000.0～V39032000.2；PLC程序应根据档位选择信号所指定的档位换档。换档完成后，PLC程序需要将当前的档位通过主轴附加控制信号V3803 2000.0～V38032000.2通知CNC，并利用V38032000.3结束换档、生效当前传动级；随后，CNC便可按该档位的传动比设定，输出对应的主轴转速。

采用M41～M45自由换档方式时，如不重新执行M41～M45，CNC将始终按照当前的传动比输出主轴转速，而不管S代码编程转速是否超出该档位的转速范围，因此，编程转速S可不受CNC档位最大/最小转速设定参数及当前档位高/低速极限设定参数的限制。但是，当主轴转速超过当前档位最高转速时，CNC可通过主轴工作状态信号V38032001.1，向PLC发送“转速过高”信号；当主轴转速低于当前档位最低转速时，则可通过主轴工作状态信号V38032001.2，向PLC发送“转速过低”信号。

以主轴转速模拟量输出为例，M41～M45自由换档的输出特性如图7.4-1所示，档位[n]在不同编程转速S下的CNC主轴模拟量输出分别如下。

S<G_min[n]：输出0V，主轴工作状态信号V38032001.2输出1。

G_min[n]≤S≤G_max[n]：输出在0～V_max[n]范围按比例变化，主轴工作状态信号V3803 2001.1、V38032001.2均输出0。

S>G_max[n]：输出10V，同时，主轴工作状态信号V38032001.1输出1。

3.CNC自动换档

CNC自动换档功能可通过编程指令M40 S□□□生效。自动换档功能生效时，CNC将根据编程转速S，自动向PLC发送传动级交换命令信号V39032000.3和传动级选择信号V39032000.0～V39032000.2，起动PLC执行传动级交换程序。PLC程序应按照传动级选择信号的要求进行换档。换档完成后，PLC程序同样需要通过主轴附加控制信号V3803 2000.0～V38032000.2，将当前变速档告知CNC，并利用V38032000.3结束换档。CNC在确认实际变速档和传动级选择信号要求一致时，将生效当前传动级，并按该档位的传动比，输出主轴转速指令值。

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图7.4-1 M41～M45换档特性

CNC自动换档时，各档位的主轴转速输出特性同样由高/低速极限（S_max[n]/S_min[n]）参数设定，但其S代码编程转速将受到档位最大/最小转速（G_max[n]/G_min[n]）参数的限制。如果编程转速大于当前档位最大转速G_max[n]，或者小于当前档位最小转速G_min[n]，CNC将中断程序执行过程、输出换档命令信号和传动级选择信号，起动PLC换档程序。

自动换档可通过S代码编程转速由CNC选择档位，以避免出现低速档工作时主电动机转速过高的情况；此外，为了避免S代码编程转速在档位切换转速附近时的频繁换档，相邻档位的主轴转速允许有重叠。

以M41/M42、M42/M43自动换档为例，CNC自动换档的主轴转速模拟量输出特性如图7.4-2所示，M43/M44、M44/M45的换档过程与此类似。

图7.4-2中的G_min[1]～G_max[1]和G_min[2]～G_max[2]分别为档位M41和M42所允许的S代码编程转速范围。对于不同的主轴档位和S代码编程转速，CNC自动换档要求和主轴模拟量输出特性分别如下。

1）低档切换高档。如主轴当前档位为M41，对于不同的编程转速S，CNC自动进行如下处理。

S<G_min[1]：主轴无需换档，模拟量输出限制在0V；换档命令信号V39032000.3输出0、传动级选择信号V39032000.0～V39032000.2保持为M41。

G_min[1]≤S≤G_max[1]：主轴无需换档，模拟量输出在V_min[1]～V_max[1]范围内按比例变化；换档命令信号V39032000.3输出0、传动级选择信号V39032000.0～V39032000.2保持为M41状态。

G_max[1]<S<G_max[2]：换档命令信号V39032000.3输出1、传动级选择信号V39032000.0～V39032000.2变为M42，强制PLC执行M42换档程序、切换至档位M42；换档完成后，模拟量输出在V_g[2]～V_max[2]范围内按比例变化。

S>G_max[2]：自动比较M43、M44、M45档位所设定的最高转速G_max[3]、G_max[4]、G_max[5]，强制选择所需要的档位。例如，当G_max[2]<S<G_max[3]时，输出换档命令和M43传动级选择信号，强制PLC切换至M43；如G_max[3]<S<G_max[4]或G_max[4]<S，则输出换档命令及M44或M45传动级选择信号，强制PLC切换至M44或M45。换档完成后，模拟量输出在所选择的档位范围内按比例变化。

2）中档切换高档或低档。如主轴当前档位为M42，对于不同的编程转速S，CNC自动进行如下处理。

G_min[2]≤S≤G_max[2]：主轴无需换档，模拟量输出在V_min[2]～V_max[2]范围内按比例变化；换档命令信号V39032000.3输出0、传动级选择信号V39032000.0～V39032000.2保持为M42状态。

S<G_min[2]：切换低档，换档命令信号V39032000.3输出1、传动级选择信号V3903 2000.0～V39032000.2变为M41，强制PLC执行M41换档程序、切换至低档；换档完成后，模拟量输出在0～V_max[1]范围内按比例变化。

S>G_max[2]：自动比较M43、M44、M45档位设定的最高转速G_max[3]、G_max[4]、G_max[5]，自动输出换档命令和M43或M44、M45传动级选择信号，强制PLC执行换档程序、切换至要求的档位。换档完成后，模拟量输出在所选择的档位范围内按比例变化。

图7.4-2 M40自动换档特性