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数控加工中心在加工过程中，要求主轴有宽的调速范围并能实现无级调速，在低速时能够实现更大转矩的输出，以满足重切削的需要^：，主轴变速系统根据控制方式的不同可以分为模拟主轴系统（变频器控制）和伺服主轴系统，通过交流主轴电动机通过带传动和减速齿轮带动主轴旋转，构成分段无极调速系统^u

FANUC数控系统主轴换挡分为T型和M型两种方式。T换挡通过M代码（M4I -M43)进行控制，当加工程序读到换挡M代码指令时，l’M(:发出换挡控制信号，驱动机械变速装置更换挡位，完成换挡后l’M⁽:给CNC以换挡完成信号。M换挡是CNC系统根据所给出的S指令自动切换挡位，首先执行S功能，检测给定的主轴转速,根据所在的速度范围<:N(:发给PM(:换挡信号,PMC驱动外部机械装置（如液压拨叉）完成挡位的切换M型换挡又有方式和方式B两种类型，区别在于：若不同挡位的切换在主轴电机达到同一固定的值进行，则称为A方式换挡；若不同挡位的切换点主轴电机转速不一致，则称为B方式换挡¹¹、本文结合自己经验，给出某加工中心改造中采用串行主轴M型换挡的控制及调试方法〃

1主轴换挡原理

数控加工中心中为充分发挥主轴电动机的切削功率，满足低速大转矩的要求，主轴通常采用二级或三级齿轮传动装置进行换挡，每一挡由电气控制实现无级调速，主轴齿轮换挡采用电磁阀控制液压油缸驱动拨叉机构完成自

动切换^1,1。

换挡的示意图如图]所示，原加工中心采用同步带传动，为了提高低速时输出转矩，改为用齿轮传动代替原来的同步带传动,形成高、中、低三挡齿轮传动，其中，高速挡传动比Z3 : Z4为K) _: 13;中速挡的传动比Z5 : Z6为丨¹) : 低速挡的传动比ZI : Z2为20 : 9¹),,主轴电动机

采用原加工中心配置的F,.__/NII⁽:伺服电机，主轴电机编码器的反馈信号连接到主轴放大器.IYA2接口。三位液压油缸是换挡操作的执行元件，通过拨叉机构推动相应的齿轮啮合，实现高、中、低三挡的变换功能，三位液压油缸通过三组电磁阀控制，B丨、A1、A2为三位液压油缸的进油或回油口此外，换挡机构上装有挡位检测开关，提供低、中、高三挡的挡位到位信号。

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结束语：

数控加工中心主轴自动换挡功能在改善了加工中心加工效率的同时，提高了主轴的调速范围，具有变速范围宽、输出扭矩大的特点。通过对串行主轴自动换挡中机械传动比的计算，合^设置参数并编写相关的PMC控制程序,使主轴能够在髙、中、低三挡之间实现切换,在不同转速下，工作在合适的挡位。最终机电联调的结果表明，主轴换挡过程流畅，挡位切换符合设计要求，换挡中无脱挡现象发生。