3.8 主轴脉冲编码器的安装
为了使改造后的车床能自动加工螺纹,必须配置主轴脉冲编码器作为车床主轴位置信号的反馈元件,其目的是用来检测主轴转角的位置,通过主轴→脉冲编码器→数控系统→步进电机的信息转换系统,实现主轴转一转,刀架纵向移动一个导程的车螺纹运动。主轴脉冲编码器的安装,通常采用2 种方式: ①同轴安装; ②异轴安装。同轴安装的结构简单,缺点是安装后不能加工穿出车床主轴孔的零件,限制了零件的加工长度,因此,宜采用异轴安装。主轴通过主轴箱中58P58 和33P33 两级齿轮(实现传动比1 :1) 把动力传递给挂轮轴X ,主轴编码器1 通过支架2 固定,并通过联轴器3 与闷头4 相连,闷头4通过过盈配合与主轴箱内轴X连接,如图6 所示
第四章 数控系统选择
4.1 西门子数控系统的优点
西门子数控系统具有优越的性能，设计中选择SINUMERIK 802D型号。 其控制器：具有免维护性能的SINUMERIK 802D，其核心部件 - PCU（面板控制单元）将CNC、PLC、人机界面和通讯等功能集成于一体。可靠性高、易于安装；SINUMERIK802D可控制4个进给轴和一个数字或模拟主轴。通过生产现场总线PROFIBUS将驱动器、输入输出模块连接起来； 模块化的驱动装置SIMODRIVE611Ue配套1FK6系列伺服电机，为机床提供了全数字化的动力。通过视窗化的调试工具软件，可以便捷地设置驱动参数，并对驱动器的控制参数进行动态优化； SINUMERIK802D集成了内置PLC系统，对机床进行逻辑控制。采用标准的PLC的编程语言Micro/WIN进行控制逻辑设计。并且随机提供标准的PLC子程序库和实例程序，简化了制造厂设计过程，缩短了设计周期。 CNC功能：控制车床、钻铣床；可控制4个进给轴和一个数字或模拟主轴；三轴联动，具有直线插补、平面圆弧插补、螺旋线插补、空间圆弧（CIP）插补等控制方式；螺纹加工、变距螺纹加工；旋转轴控制；端面和柱面坐标转换（C轴功能）；前馈控制、加速度突变限制；程序预读可达35段；刀具寿命监控；主轴准停，刚性攻丝、恒线速切削；FRAME功能（坐标的平移、旋转、镜象、缩
放
）
操作单元：单色10.4\显示器，彩色为选件；全功能数控键盘具有水
平安装方式，和垂直安装方式；标准机床控制面板（选件）；三个手轮接口；RS232串行接口；生产现场总线接口；标准键盘接口；PC卡插槽（用于数据备份
和
批
量
生
产
）
操作与显示：带有8个水平软键和8个垂直软键的直观操作；对刀及刀具测量，工件坐标系测量，基本坐标偏移；MDA方式端面加工；程序段搜索运行；坐标轴锁定、快速空运行；后台编程；加工外部程序（通过串行接口）；示波器、袖珍计算器、和工件计数器；两种语言在线切换；16种语言可选择安装；在线公英制切换；机床坐标系、工件坐标系、和相对坐标系显示；加工轨迹实时显示（可辨认快速和加工轨迹）；在线帮助；有效G功能和M功能显示；坐标位置、余
程
以
及
各
轴
速
度
显
示
零件编程：标准G代码编程（DIN66025）和西门子高级语言编程；ISO标准编程；车削、铣削工艺循环编程；蓝图编程；极坐标编程；程序存储器容量达
340K
字
节
PLC：采用标准的S7-200编程语言 Micro/WIN；梯图编程；梯图在线显示；PLC远程诊断；完全汉化的PLC编程工具随机提供；随机提供PLC子程序和用于车床铣床的PLC应用程序实例；PLC的处理速度是6000步/24毫秒 ；40个定时器，32个计数器；数字输入输出为144 / 96。
4.2 数控连线图
其连线图如图2.1所示。
图2.1 数控系统连线
4.3 步进电动机的控制
步进电动机的工作过程一般由控制器控制，控制器按照设计者的要求完成的一定控制过程，按照要求的规律驱动电动机运行。简单的控制过程可以用各种逻辑电路来实现，但其缺点是线路复杂，控制方案改变困难；自从微处理器问世以来，给步进电动机控制器设计开辟新的途径。各种单片机的迅猛发展和普及应用，为设计功能很强而价格低廉的步进电动机控制器提供了先进的技术。
4.3.1步进电动机的开环控制
使用微机对步进电动机进行控制有串行和并行两种方式。
1、串行控制
具有串行控制功能的单片机系统与步进电动机驱动电源之间具有较少的连线。这种系统中，驱动电源必须含有环行分配器。这种控制方式的功能框图如图3．25所示。
图3．25串行控制功能框图
2、开环控制
用微机系统的数条端口线直接去控制步进电动机各相驱动电路的方法称为并行控制。在电动机电源内，不包括环形分配器，而其功能必须由微机系统完成。由系统是想脉冲分配器的功能又有两种方法:一种是软件法，即全用编程来实现相序的分配，直接输出各相导通或截止的控制信号，主要有寄存器移位法和查表法；第二种是软件、硬件结合的方法，有专门设计的编程器接口，计算机相接口输出简单形式的代码数据，而接口输出的是电动机各相导通或截止的控制信号。并控
制方案的功能框图如图3．26所示。 3．26并行控制功能框图
3、步进电动机速度控制
控制电动机的运行速度，实际上就是控制系统发出的脉冲频率或者换相的周期。系统可用两种方法来确定脉冲的周期：一种是软件延时，另一种是用定时器
。软件延时的方法是通过调用延时子程序的方法实现的，它占用CPU时间； 定时器方法是通过设置定时时间常数的方法来实现的。
4、步进电动机的加减速控制
对于步进电动机的点一位控制系统，从起点至终点的运行速度都有一定要求。如果要求运行的速度小于系统极限起动频率，则系统可以按要求的速度直接起动，运行至终点后可直接停发脉冲串而令其停止。系统在这样的运行方式下速度可认为是恒定的。但在一般的情况下：系统的极限起动频率是比较低的，，而要求的运行速度往往很高。如果系统以要求的速度直接起动，因为该速度已经超过极限起动频率而不能正常起动，
可能发生丢步或根本不能运行起来之后，如果到达终点时突然停发脉冲串，令其立即停止，则因为系统的惯性原因，会发生冲过终点的现象，使点一位控制发生偏差。因此在点一位控制过程中，运行速度都需要有一个“加速一恒速一减速一低恒速一停止”的加减速过程，如图3．27所示。各种系统在工作过程中，都要求加减速过程时间尽量短，而恒速时间尽量长。特别是在要求快速响应的工作中，从起点至终点运行的时间要求最短，这就必须要求加速、减速的过程最短，而恒速时的速度最高。
升速规律一般可有两种选择：一是按照直线规律升速；二是按指数规{ 速时加速度为恒定，因此要求步进电动机产生的转矩为恒值。从电动机席 转速不是很高的范围内，输出的转矩将有所下降，如按指数规律升速，加速 电动机输出转矩随转速变化的规律。用微机对步进电动机进行加减速控制，实际上就是改变输出脉冲的盱冲串逐渐加密，减速时使脉冲串逐渐疏稀。微机用定时器中断方式来控锒就是不断改变定时器装载值的大小。一般用离散方法来逼近理想的升降；计算装载值的时间，系统设计时就把各离散点的速度所需的装载值固化宅运行中用查表方法查出所需的装载值，从而大大减少占用CPU时间，提高系统在执行升降速的控制过程中，对加减速的控制还需准备下列数圭|升速过程的总步数；③恒速运行总步数；④减速运行的总步数。
对升降速过程的控制有很多种方法，软件编程也十分灵活，技巧很多。 集成电路也可实现升降速控制，但缺点是实现起来较复杂且不灵活。