CNC传动级交换控制介绍：T型与M型换档FS-0iD

1.功能简介

CNC的主轴传动级交换简称主轴换档，功能主要用于带机械变速装置的主传动系统，它可根据主电动机和主轴的实际传动比，自动调整主电动机转速，使主轴转速能够和加工程序中的S代码指令保持一致。

在通用型数控车床、铣床及加工中心上，大直径工件的车削、大规格铣刀的铣削、大规格螺纹的攻螺纹等加工，均要求机床主轴具有低速大扭矩输出特性。另外，由于金属切削机床单位时间能切除的材料体积和主轴功率成正比，为保证机床的加工效率，就要求主轴在不同转速下的输出功率能保持恒定，即具有恒功率输出特性。但是，由于电动机的输出转矩和功率受到结构、额定电流的限制，它在额定转速以下的调速特性，一般为额定转矩输出；在转速高于额定转速时，为额定功率输出。因此，主轴需要通过图7-10所示的机械变速箱，利用齿轮变速的方法，提高低速转矩和扩大恒功率调速范围。

例如，对于额定输出为22kW/140N·m、额定转速为1500r/min、最高转速为6000r/min的主电动机，在额定转速以下区域的输出转矩为140N·m，实际的恒功率调速范围只有4倍（1500～6000r/min）。但如主轴采用1∶1和1∶4两级机械减速，便可获得图7-11所示的转矩和功率输出特性，两者组合后，主轴在375r/min以下区域的输出转矩可达额定输出转矩的4倍，375～1500r/min区域的输出转矩也将显著提高；而主轴的恒功率调速范围也将由4倍扩大到16倍（375～6000r/min）；而主轴最高转速仍可达到6000r/min不变。

图7-10 主轴机械变速箱

图7-11 主轴变速输出特性

主轴增加机械变速后，在不同的传动比下，同样的主轴转速将对应不同的电动机转速。例如，对于图7-11所示的主轴传动系统，当主轴转速为1200r/min时，如机械传动比为1∶1，主电动机转速应为1200r/min；如传动比为1∶4，则主电动机转速应为4800r/min等。这就要求主轴驱动系统能够根据机械传动比，自动改变主电动机的转速。

2.实现形式

为了便于数控机床的编程，一般规定CNC加工程序中的S代码应直接指定主轴的转速；而CNC的主轴转速输出（模拟量或数字量）通常就是主轴驱动器的速度给定输入，因此，对于同一S指令，在不同传动比下，能够改变主电动机转速的方法有两种：一是保持驱动器给定输入和电动机转速间的关系不变，通过改变CNC的主轴转速输出改变电动机转速，这一功能称为CNC主轴传动级交换功能；二是保持S代码和CNC主轴转速输出的关系不变，通过驱动器参数改变电动机转速，这一功能称为驱动器传动级交换功能。在FS-0iD等CNC上，模拟主轴控制一般使用前者，串行主轴一般使用后者；如机床的变速档较多，两者也可同时使用。

模拟主轴使用CNC传动级交换功能时，由于驱动器的速度给定输入与电动机转速存在线性关系，因此，传动级变换时，实际上只需要根据机械传动比改变CNC的主轴转速输出值。例如，对于图7-12所示、10V模拟量输入对应电动机转速为6000 r/min的驱动器，当传动比为1∶1时，指令S1200的CNC主轴模拟量输出应为10V×1200/6000=2V，主电动机转速为1200r/min；而在传动比为1∶4时，指令S1200所对应的CNC主轴模拟量输出应为2V×4=8V，主电动机转速为6000r/min×8/10=4800r/min，从而保证了此时的主轴转速仍为1200r/min。(www.xing528.com)

图7-12 传动级交换功能

3.T型和M型换档

FS-0iD的CNC传动级交换控制有T型换档和M型换档两类，其中，M型换档又有A型、B型和攻螺纹型之分。

采用T型换档控制时，主轴的变速档可由操作者自由选择，CNC将根据来自PMC程序输出的主轴实际传动级信号GR1/GR2（G028.1/G028.2），自动改变CNC的转速输出值。但是，CNC不能根据加工程序中的S代码，自动选择所需要的传动级，故不能向PMC输出传动级选择信号GR1O～GR3O（F034.0～F034.2）。

采用M型换档控制时，主轴的变速档由CNC自动选择，CNC可根据加工程序中的S指令，自动判断所需要的变速档，并输出传动级选择信号GR1O～GR3O（F034.0～F034.2），PMC程序应根据这一信号，进行传动级交换。交换完成后，由PMC程序返回主轴实际传动级信号GR1/GR2（G028.1/G028.2），使CNC改变主轴转速输出值。

总体而言，T型换档属于操作者自由换档，它可根据实际加工需要，利用M指令等方式随时进行换档，CNC总是可以根据机床的实际传动比，输出对应的转速给定值；因此，即使对于相同的S代码，由于变速档的不同，CNC的主轴转速输出值也可能不同。而M型换档是由CNC强制选择的换挡方式，CNC将根据S代码编程的转速值，决定所需的传动级，强制机床进行换档；因此，每一S代码只能有唯一的变速档和主轴转速输出值。

T型换档和M型换档应根据CNC的规格选择，FS-0iD系列产品可使用的CNC传动级交换功能及主要区别如表7-6所示。

表7-6 传动级交换功能与选择

注：●：可以使用；×：不能使用。