一、主轴采用减速机构的目的
主轴的工作特性，很多时候需要它在低速时能够提供足够的扭矩，而在高速时能够提供足够的功率，为解决该问题，机械设计时都带有主轴换档机构。
二、换挡方式
1、M型换挡（适用于M系列）
CNC依据事先在参数NO.3741~NO.3744 中定义的各齿轮档的速度范围来选择齿轮档，并且通过使用齿轮档选择信号(GR30，GR20，GR10)通知PMC选择相应的齿轮档，同时，CNC 根据选择的齿轮档位输出主轴电机速度。
M型换挡又可区分为A型和B型，参数3705#2=0时，为A型换挡；3705#2=1时，为B型换挡；
1）A型换挡：切换档位的速度点为每一档的最高速度。参数3741-3743设置各档最高速度；
例如：使用αiI22/8000主轴电机，第一档变比为1，第二档变比为0.25，参数NO.3736设定为4095，此时参数N0.3741设定为8000×1=8000，第一档切换档位速度点为8000，第二档参数N0.3742切换档位速度点为8000×0.25=2000，指定的S代码和2000以及8000比较，系统自动发出 GR30、GR20、GR10，结合该信号，在 PMC中处理驱动外围换档机构。
2）B型换挡：切换档位的速度点低于每一档的最高速度。档位1～2切换点速度设定（数字量设定），对应参数 NO.3751；档位 2～3 切换点速度设定（数字量设定），对应参数 NO.3752。
例如：使用α8/8000i主轴电机，第一档变比为1，第二档变比为0.25，参数NO.3735设定为50，NO.3736设定为4095，此时 N0.3741设定为8000×1=8000，NO.3742设定为8000×0.25＝2000。参数 N3705#2设定位1，使用B型换档，要求设计档位1～2 的切换速度点为1000，档位2～3切换速度点为2000，按照下面的公式计算：
NO.3751＝4095×1000/8000＝512
NO.3752＝4095×2000/2000＝4095
2、T型换挡（适用于T与M系列）
由齿轮档选择信号（GR1，GR2）确定机床当前使用的齿轮档（共4个齿轮档）。由加工者决定如何使用各齿轮档位，CNC 输出与齿轮档位相对应的速度指令。
三、PMC对换挡的处理
1、S代码/SF信号输出
CNC 的主轴控制功能将 S指令值转换为控制主轴电机转速的输出值。在不使用齿轮换档和恒表面切削速度控制时，S代码/SF信号输出如下：M系列→ 输出 S代码。仅当 CNC 指令 PMC 换档时才输出 SF 信号。T系列→ S代码和SF信号都不输出。（当使用恒表面切削速度控制时，S代码并不总是主轴转速），如果在 PMC 梯形图中使用 S代码/SF信号输出，必须定义参数 No.3705。参数3705#4=1,。
在 M 系列系统中，往往是利用 SF 信号，结合 GR30、GR20、GR10 在 PMC中实现换档机构的动作。
2、信号说明
F信号（CNC→PMC）
G信号（PMC→CNC）
T/M系列
M系列
齿轮档
GR1(G28.1)
GR2(G28.2)
GR10(F34.0)
GR20(F34.1)
GR30(F34.2)
CTH1A(G70.3)
CTH2A(G70.2)
第一档
0
0
1
0
0
0
0
第二档
1
0
0
1
0
0
1
第三档
0
1
0
0
1
1
0
第四档
1
1
-
-
-
1
1
3、相应参数说明
参数
说明
设定说明
档位
4056
齿轮比(high）
主轴转一圈，电机转动圈数X100（参数4006#1=1，X1000）
第一档
4057
齿轮比(medium high）
第二档
4058
齿轮比(medium low）
第三档
4059
齿轮比(low）
第四档
4171
电机传感器与主轴之间的任意齿轮比 分母（hight）
CTH1A=0
4172
电机传感器与主轴之间的任意齿轮比 分子（hight）
4173
电机传感器与主轴之间的任意齿轮比 分母（low）
CTH1A=1
4174
电机传感器与主轴之间的任意齿轮比 分母（low）
4、主轴换挡信号处理
主轴在切换档位时，往往固定一个比较低的转速，此时可以使用
主轴定向信号G29.5（SOR），通过参数 NO.3705#1：1，选择将该信号作为换档使用，同时将主轴停止信号G29.6（*SSTP）设定为逻辑 0 状态，则主轴以参数 NO.3732 中设定的速度，以参数 NO.3706＃5 设定的方向旋转，实现高低档位的咬合。更有某些情况下，驱动的液压机构带动的高低档位齿盘，需要提供低速正反转动，主轴才能比较好的实现档位切换，此时可以设计一个周期方波。如图4-1所示：
图4-1 主轴周期摆动PLC程序
四、案例说明
案例：某龙门机床，配发那科αiI 22/8000主轴电机、ZF两档减速箱（1档1:4；2档1:1）要求实现主轴自动换档，即系统可根据输入的转速，自动选择档位，并实现换档，换档无卡顿。
1、依据机床配置，选择M型换挡中的A型换挡方式，控制主轴换档，主要参数设置如下：
参数
说明
设定值
备注
3706 #4
主轴齿轮选择方式
0
M型换档
3705 #2
齿轮切换方式
0
方式A
3705 #1
主轴定向信号G29.5的功能
1
进行齿轮换档
3705 #4
主轴选通功能脉冲信号F7.2
1
予以输出
3741
一档主轴最高转速
2000
8000*0.25（减速比）
3742
二档主轴最高转速
8000
8000*1（减速比）
4006 #1
齿轮比的设定单位
0
1/100，决定4056-4059的值
4056
齿轮比
400
根据PMC中CTHIA/CTH2A决定
4058
齿轮比
100
根据PMC中CTHIA/CTH2A决定
4171
齿数比分母
4
根据PMC中CTHIA决定0
4172
齿数比分子
1
根据PMC中CTHIA决定0
4173
齿数比分母
1
根据PMC中CTHIA决定1
4174
齿数比分子
1
根据PMC中CTHIA决定1
3732
换档时的主轴转速
10
该值=主轴换档速度/主轴最高转速*16383
备注：具体的参数说明详见参数说明书B-64610CM。
2、PMC信号说明
CNC PMC
说明
PMC机床侧
说明
G29.5（SOR）
主轴定向信号
X1.4
低档确认信号
G29.6（*SSTP）
主轴停信号
X1.5
高档确认信号
G70.2（CTH2A）
齿轮信号
Y2.0
低档切换输出
G70.3（CTH1A）
齿轮信号
Y2.6
高档切换输出
F34.0（GR10）
齿轮选择信号
F34.1（GR20）
齿轮选择信号
3、换档动作说明：
当输入主轴转速后，系统根据输入的转速与各档最高速度比较，选择相应档位；换档时主轴先以3732中设定的转速摆动，换档机构动作，换档完成后，主轴旋转至指令转速。
齿轮式主轴换档设定手册
内容：
一、具体配置及设计要求
主轴与电机采用二级齿轮箱结构连接，内径55传动比分别为：
一档：主轴:电机=910:4028
二档：主轴:电机=2065:2279
高低档转速设计要求：
一档主轴转速1400rpm
二档主轴转速6000rpm
最低主轴转速10rpm
最高主轴转速6000rpm
主轴电机为α15/7000i，最高转速7000转/分，主轴未装编码器，采用外部接近开关（1转信号）+电机速度传感器做位置反馈。
二、连接示意图：
2.αi/βi放大器外部一转信号设定
3.主轴换挡设定
4．公式计算设定：
5.注意事项：
确认完成设置后，检查高/低档齿轮CTH1ACTH2A对应信号
SYSTEM→PMCMNT→信号→输入G70.3→搜索
查报警-数控笔记 小程序
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