当快速运动和切削进给时，由150BF002步进电机起动矩频特性图18（b）知该电动机能满足要求，根据上述计算综合分析，纵向进给系统采用150BFOO2步进电动机能满足要求。
第五章 改造车床主轴及控制系统
第一节 改进主轴电机
一、主轴系统的改进
在对C6140主轴的改进过程中,主轴系统基本保留.主轴电机配备相应的电气控制设备。可以实现主轴的正反转，主轴点动，主轴电机的热保护功能，如图7所示。正转或反转命令通过面板操作写在程序中，由PLC输出端口控制正转继电器（KAZ）或反转继电器（KAF），使接触器KM1和KM2动作，完成主轴的正反转切换，为减小主轴电机的起动电源，使用了KM3、KM4、KM5三个接触器来完成电机的Y-△切换。为适应螺纹加工要求，主轴上安装了编码器，通过端口X472输入611UE反馈到PLC单元。热继电器（FR）的一组常开触点接入X111输入点I0.7，当电机过热时，热继电器（FR）动作，使I0.7有效，PLC单元产生报警，并切断主轴电机的电源。
第二节 主轴脉冲编码器的运用
一、主轴脉冲编码器的概述
脉冲编码器又称脉冲发生器，它是一种直接用数字代码表示角位移及线位移的检测器。能把机械转角转变成电脉冲，是数控机床上使用广泛的位置控制装置。 脉冲编码器控制方式的特点：
图7 主轴电机电气控制原理图
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1、控制方式是非接触式的，无摩擦和磨损，驱动力矩小。 2、由于光电交换器性能的提高，可得到较快的响应速度。
3、由于照像腐蚀技术的提高，可以制造高分辨率、高精度的光电盘，母盘制作后，复制很方便，且成本底。 4、抗污染能力差，容易损坏。 二、 螺纹加工过程中编码器的作用
虽然主轴的转速由机械控制，但在车螺纹加工中必须知道主轴转速，根据主轴计算进给速度。必须在主轴上安装光电编码器，光电编码器通常与主轴直接联结（传动比1：1），为保证切削螺纹的螺距准确，要求主轴转一周工作台移动一个导程，必须有固定的起刀点的退刀点。安装在轴上的光电编码器在切削螺纹时就可解决主轴旋转与坐标轴进给的同步控制。保证主轴每转一周，刀具准确地移动一个导程。此外，螺纹加工要经过几次切削才能完成，每次重复切削时，开始进刀的位置必须相同。为了重复切削不乱牙，数控系统在接收到光电编码器的一转脉冲才开始螺纹切削的计算。其传动路线是：主轴—齿轮副—脉冲编码器—数控装置—步进电动机—纵、横向进给。 三、编码器的选择
根据加工精度的要求，选择了长春第一光学仪器厂leelf型编码器（每转脉冲数为1200个）。
四、安装步骤（图8所示）
1、拆下原有挂轮，加工两只67齿和90齿挂轮
2、增加一只中间继电器，由电门锁开关来控制机床的电源
3、在电动刀架三相电源进线外加装快速熔断器和热继电器（2-5A），保证刀架完全工作。
图8 脉冲编码器的安装图 27 1-脉冲编码器 2-同步带轮 3-同步带
第三节 改进刀架
一、改造刀架的目的
C6140普通车床的上带有手动刀架。根据加工要求和生产情况，对刀架进行改造，提高生产率、降低工人劳动强度、为实现自动化加工提供前提条件。 二、刀架的选择
经过比较，选择四工位电动刀架。作为C6140车床的电动刀架。可以完成粗精车，车螺纹和切槽（断）等加工的换刀工作，结构简单且实用、如图所示。刀架的转速驱动由三相微型异步电动机来驱动完成。 三、刀架的工作原理
在加工过程中，选刀时在程序中输入被选刀具的的TXX（刀具号）和DXX（刀沿号）。PCU单元通过PLC的输出端口通过X111的Q0.4接通电动刀架的正转继电器使刀架正转，当所选刀具到达加工位置时，刀架上的集成霍尔单元则发出信号，通过PLC输入端口将X111的I0.0～I0.3信息传递给PUC单元结束选刀。其原理如图9所示
图中1、2、3、4四根线分别接电动机的四个刀位信号（低电平有效）而802D的PLC输入是高电平有效，因此使用KA1、KA2、KA3、KA4四个T24V直流继电器来完成
图9 802D输入输出接线
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高低电平的转换。 四、刀架的工作过程
1．刀架的动作顺序：电动机（三相异步微型电动机）→减速机构（蜗轮蜗杆）→上升机构（螺旋机构）实现刀架抬起→刀架旋转→电器信号确定（霍尔元件）→电机反转→粗定位（反靠拢）→刀架下降→精定位→刀架压紧→换刀终了信号→执行加工程序
五、安装步骤 1．拆下原有手动刀架.
2．在小拖板上钻四个安装孔并公丝.
3．手动抬起电动刀架逆时针方向转动电机使上刀体转45度左右时即可覆出高装孔，然后固定刀架并用垫板来调其中心高度，再转至原状态，放下刀架.
4、主装后，适用MDI功能换刀观察三相电源有没有接反运转时要达到轻松灵活无噪音的要求.
第四节 改进机床导轨
机床导轨的作用：是使机床运动部件沿一定运动轨迹运动，它是机床主要基本结构要素之一。机床的加工精度和使用寿命很大程度上取决于机床导轨的质量。数控机床使用的导轨，从类型上仍是滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。为提高机床的伺服进给的精度和定位精度，数控机床使用导轨都具有较低的摩擦系数和有利于消除低速爬行的摩擦特性。
机床导轨一般分为：滑动导轨、滚动导轨和静压导轨 机床对导轨的要求
（1）、导向精度高 导向精度是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线性和与有关基面之间的相互位置的准确性。无论在空载或切削状态下都应有足够的导向精度。影响导轨精度的主要原因除制造精度外，还有导轨的结构形式、装配质量、导轨及其支承件的刚度和热变形等。
（2）、耐磨性好 导轨的耐磨性是指导轨在长期使用过程中能否保持一定的导向精度。因导轨在工作过程中有磨损，故应力求减小磨损量，并在磨损后能自动补偿或便于调整。
（3）、足够的刚度 导轨受力变形会影响部件之间的导向精度和相对位置，故要求导轨应有足够的刚度。为了减轻或平衡外力的影响，数控机床常采用加大导轨面的尺寸提高刚度。
（4）、低速运动平稳性 应使导轨的摩擦阻力小，运动轻便，低速运动时无爬行现象。 （5）、结构简单、工艺性好 所设计的导轨应使制造和维修方便，在使用时便于调整和维护。
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（6）、而对于数控机床进给运动导轨则应有更高要求。
高速进给时不振动，低速进给时不爬行，有高的运动灵敏性；能在重载下长期连续工作，耐磨性好，精度保持性好等。数控机床使用的导轨，从类型上仍是滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。为提高机床的伺服进给的精度和定位精度。
第五节 坐标系的建立X、Z轴的限位和参考返回电路
一、机床坐标系是机床固有的坐标系：
它是其它坐标系（如工件坐标系、编程坐标系）的基准C6140车床的坐标原点，M定在卡盘基座与主轴中心的交点上，如图23所示，数控系统是通过检测参考点的具体位置来确定机床坐标系的，我们选用两个接进开关，X轴方向与Z轴方向各安装一个在床身上，用于建立参考点，当移动刀架，两个接近开关都有信号输出时，刀架的当前位置即为参考点R，测量XR及ZR，并将它们写入机床数据314000（参考点位置值），即可在数控系统中建立机床坐标系。 二、X，Z轴的限位输入端设置为负逻辑
经过分析现有数控机床的限位控制电路的缺陷，想出一种新的限位控制方式，既负逻辑控制。其基本思路是：使用限位行程开关的常闭触点，当限位开关没有压下I/O点与24V断开，机床限位。这种接法消除因线路开路而产生限位失灵现象，提高了限位电路的可靠性。限位输入端采用负逻辑需对系统的相关参数进行修改。
采用负逻辑的输入方法，这样有利害、于提高数控机床的可靠性和安全性。如果机床的电路采用传统的继点器，接触器等元件实现逻辑功能则不宜采用负逻辑，因为他会导致部分继电器，接触器处于始终接触状态。这会造成损耗大，元件升温，寿命缩短等问题，并且元件间机械接触，还会因为震动等因素造成误动作。现代数控系统其控制逻辑由逻辑电子线路实现，，不会出现以上问题，本次数控改造使用的数控西门子802D数控系统，实现负逻辑输入要软件，硬件两方面配合才能实现。 1.硬件连接 数控机床中PLC的输入点有以下两中连接方法，其中图24所示的连接方法是正逻辑输入，其原理是：当机床运动超程时压下行程开关SQ1，SQ1闭合PLC内的光点欧合器件得点，PLC认为该点的逻辑值为“1”，信号有效，PLC执行相关操作。这种方法的缺点在于当+丛4V端子到PLC输入点之间的线路接触不良或开路则会造成SQ1无效（即使SQ1被牙下闭合），而导致机床出现大事故。图25所示的是负逻辑输入的连接方法，信号输入使用行程开关的常闭触点。当正常情况下SQ1是闭合的。该输入点的逻辑值为（1），当SQ1被压下断开时输入点逻辑值为“1”设为无效状态，而逻辑值“0”设定为有效状态。如果从+24端子到PLC的输入点之间的线路出现开或接触不良时，该点被认为有效，机场会立即报警，必须在电路连接良好的情况下才能正常运行。这中方法排除了因限位电路开路而造成的故障的可能性，机床的安全性得到提高。
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