如何在0i—F系统上通过S指令实现双速电机高低绕组的自动切换

韩金娇 谢龙

摘 要：应用于FANUC-0I-TF系统，当数控机床主轴装配的是双速电机时，双速电机有两个绕组，配备相应的两个接触器，从而控制主轴的高低挡位切换。传统的模式是通过使用M代码的方式切换主轴的高低挡位，本文介绍了另一种变档方式，电机可以根据主轴的转速自动进行换挡，实现自动换挡。

关键词：主轴自动换挡，电机高低绕组自动切换，双速电机

引言

科技的发展，带动着机床制造业的发展，数控技术和设计理念也不断在更新完善。当数控车床装配双速电机作为主轴电机时，它的一个传统的控制方式是通过在控制面板上打M代码，来控制主轴的高低档位，但是这样做有时候很麻烦，就像汽车的手动挡驾驶一样，每次变速都需要手动换挡。所以想通过对梯形图的修改以及对相关参数的设定来完善主轴变档的控制方式。本文以FANUC αiIP 50/6000的双速电机为例，介绍了梯形图具体的编写内容和相关参数的设定。

1.计算主轴变档的临界值

αiIP 50/6000的电机是双速电机，有两个绕组，它有很好的特性，在低速绕组接通时可以提供大扭矩，在高速绕组接通时可以提供大的功率，低速绕组最高转速是1500r/min，高速绕组的最高转速是6000r/min，当主轴的传动比是1：1.8时，传送到主轴侧的低档最高速度是1500÷1.8≈834r/min，高档的速度是6000÷1.8≈3334r/min。可以看出主轴切换高低档位速度的临界值就是834r/min。若加工指令为M03 SXXX；XXX≤834 r/min，电机处于低速绕组的连接方式；当XXX的值从小于等于834r/min改成大于834 r/min时，电机切换成高速绕组的连接方式。

2.系统输出切换控制的使用方法

系统输出切换控制的使用方法有两种，一是根据速度指令切换的方法，二是根据实际电机速度切换的方法。本文中介绍的是根据速度指令切换的方法。

图2.1显示两种情况切换的时序图，一是从高速绕组向低速绕组切换，二是从低速绕组向成高速绕组切换。以αiIP 50/6000的主轴电机，传动比是1：1.8的机床为例，首先分析第一种情况的时序图，当指令从S1000降到S200时，电机开始从高速绕组向低速绕组切换，主轴旋转指令始终1，主轴的速度降到临界值时，速度检测信号从0变成1，然后给系统发出切换指令，切换完成后，主轴进一步减速到200 r/min；第二种情况的时序图，指令从S200升到S1000，1000r/min在高速绕组区域，电机直接从低速绕组向高速绕组切换，切换完成后，主轴加速并达到1000r/min。

3.梯形图的编写及信号的说明

在更改梯形图前还需要设几个相关的参数，将4014#3设为1，表示对高低速特性用的两电磁接触器的接点进行确认。4019#4设为1，表示在速度检测信号（SDT）为“0”的状态下，不执行由高速特性向低速特性的切换，在速度检测信号（SDT）成为“1”后再切换。4023为速度检测水平参数。当电机转速大于等于最高转速的（设定数据/10）%时，速度检测信号（SDT）成为1。具体以αiIP 50/6000的电机为例，电机的最高转速是6000r/min，电机在大于1500r/min时切换成高绕组，即（设定数据/10）%×6000=1500，设定数据为250。梯形圖中G70.4为反向旋转指令信号，G70.5为正向旋转指令信号，F22中记录S指令值，D100中设定的是主轴切换高低档位的临界值。每当操作主轴时，将S指令值与D100中设定的值进行比较，大于设定值时，高速绕组切换指令的中间信号R1000.0为1，电机默认情况下是处在高速绕组的连接方式下，当指令小于等于设定值时，向低速绕组切换的中间地址R1000.1为1，从第三行的梯形图中可以看出R1000.1=1，要想G71.6（RSLA）的信号为1， F45.2（SDT）速度检测信号就得为1，这里的G71.6是输出切换请求信号。根据上面我们对电机从高速绕组向低速绕组进行切换的说明，当电机转速大于等于最高转速的（设定数据/10）%时，速度检测信号F45.2 （SDT）成为1。然后电机切换绕组即主轴进行换挡。特别要说明的是F46.2（RCHPA） 为动力线切换信号，0表示选择用高速特性的电磁接触器，1表示选择用低速特性的电磁接触器。这个信号在G71.6（RSLA）信号输入之后被输出，即PMC→CNC发送的是G71.6信号，CNC→PMC发送的是F46.2信号。

当向低速绕组切换时F46.2从0变成1，R1000.2=1，输出Y5.0=1，这时电箱内部低速绕组接触器线圈吸合，但其实系统控制会先将电动机的动力断开，在确认电箱中高速绕组接触器线圈已经断开之后再切换到低速绕组的电磁接触器，之后将已经切换成低速线圈的信号X5.0=1送到G71.7中。G71.7是用低速特性电磁接触器状态信号（RCHA），G72.7是用高速特性电磁接触器状态信号（RCHHGA）。同理当向高速绕组切换时F46.2从1变成0，R1000.3=1，输出Y5.1=1，高速绕组接触器线圈吸合，切换完成后X5.1=1，G72.7的信号将送到CNC中。

结束语

本文介绍了关于主轴电机通过指令代码可以自动切换档位的内容。自动换挡可以节省时间，当电机处于不同绕组时，有不同的参数与之配置，提高了电机特性，带来更高更精更快的加工。