【正文】 ........................ 21 ? 指令程序 ..................................................................................................... 21 (II) PLC 控制系統(tǒng)的接地方法 ............................................................................. 21 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 21 4 基于 PLC 的單軸數(shù)控伺服滑臺(tái)設(shè)計(jì) 摘 要 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程 PLC（可編程控制器）是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。論文介紹了步進(jìn)電機(jī)的工作原理和控制原則 , 以及步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器工作方式。 本系統(tǒng)簡單實(shí) 用，成本低，完全滿足系統(tǒng)的控制要求，具有很好的實(shí)用性 ,本文還將給出一些必要的系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料，供參考之用 關(guān)鍵詞： PLC、步進(jìn)電機(jī)、光柵尺 一、滑臺(tái)整體方案圖 5 二、數(shù)控滑臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案 滑臺(tái)設(shè)計(jì) ——對(duì)數(shù)控滑臺(tái)而言，主要是縱橫方向兩個(gè)坐標(biāo)的傳動(dòng)，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，決定采用點(diǎn)位控制，用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)，這樣可以使控制系統(tǒng)簡單，成本低，調(diào)試維修容易，為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，此工作臺(tái)采用滾珠絲杠螺母副和滾珠滾動(dòng)導(dǎo)軌，為盡量消除齒側(cè)間隙?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都傾向采用交流伺服驅(qū)動(dòng)，交流伺服驅(qū)動(dòng)已有取代直流伺服驅(qū)動(dòng)之勢(shì)。 —選用的滾珠絲杠精度高，并通過使用高純凈度的合金鋼并采取特殊的表面熱處理方式，使產(chǎn)品具有優(yōu)異的耐久性。 —采用田字格結(jié)構(gòu)，徹底減輕滑鞍的重量。反饋裝置 1與電動(dòng)機(jī)軸相聯(lián)，發(fā)出反饋信號(hào)。在圖 c 中，伺服電動(dòng)機(jī)直接與絲桿聯(lián)接。圖 b 的優(yōu)點(diǎn)是齒輪等傳動(dòng)副 3 處于半閉環(huán)之內(nèi)，其傳動(dòng)誤差可由反饋校正。因此，行程不太長的直線運(yùn)動(dòng)機(jī) 構(gòu)常用滾珠絲桿副。滾珠絲桿副的摩擦角小于 1176。如果滾珠絲桿副驅(qū)動(dòng)升降運(yùn)動(dòng) (如主軸箱或升降臺(tái)的升降 ),則必須有制動(dòng)裝置。 滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是傳統(tǒng)滑動(dòng)絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運(yùn)用于 各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器、精密數(shù)控機(jī)床。 滾珠絲桿的特點(diǎn)主要有： （ 1） 傳動(dòng)效率高 在滾珠絲桿副中，自由滾動(dòng)的滾珠將力與運(yùn)動(dòng)在絲桿與螺母之間傳遞。使?jié)L珠絲桿副傳動(dòng)效率達(dá)到 90%以上，為滑動(dòng)絲桿副的 2～ 4 倍，整個(gè)傳動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)力矩減少至滑動(dòng)絲桿的 1/3 左右，發(fā)熱率也因此得以大幅降低。所以滾珠絲桿副運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)時(shí)務(wù)顫動(dòng)，低速時(shí)無爬行。 （ 4） 定位精度和 重復(fù)定位精度高 由于前述的三個(gè)特點(diǎn)，滾珠絲桿副發(fā)熱率低 ,溫升以及在加工過程中對(duì)絲桿采取預(yù)緊拉伸并預(yù)緊消除軸向間隙等措施 ,因此采用精 密滾珠絲桿副時(shí)可以獲得較高的定 （ 5）使用壽命長 滾珠絲桿和螺母均用合金鋼制造，螺紋滾道經(jīng)熱處理（硬度 HRC58～ 62）后 7 磨至所需的精度和表面粗糙度，具有較高抗疲勞的能力。實(shí)踐證明，使用壽命約為普通滑動(dòng)絲桿副的 4～ 10 倍，甚至更高。 （ 7）使用可靠，潤滑簡單，維 修方便 與液壓傳動(dòng)相比，滾珠絲桿副在正常使用條件下故障率低。 （ 8）不自鎖 由于滾珠絲桿副的 摩擦角小，所以不能自鎖。 （ 9）傳動(dòng)可逆性 滾珠絲桿副沒有滑動(dòng)絲桿粘滯摩擦，消除了在傳動(dòng)過程中可能出現(xiàn)的爬行現(xiàn)象，滾珠絲桿副能夠?qū)崿F(xiàn)兩種傳動(dòng)方式 —— 將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并傳遞動(dòng)力。為了提高剛度，還可使它在過盈的條件下工作，即可以預(yù)加載荷，或稱預(yù)緊。在機(jī)床上常用的是雙螺母法。左、右螺母裝在一個(gè)共同的螺母體內(nèi)。常見的消除間隙和預(yù)加載荷的方式有雙螺母式和齒差式。 滾珠絲桿的預(yù)緊是根據(jù)下述原則確定的：如在預(yù)緊后的滾珠螺母體上受一個(gè)外載荷 F，方向?yàn)橄蛴遥瑒t右螺母 4的接觸變形（指螺母滾道 鋼珠 絲桿滾道沿接觸線的變形）加大，左螺母則減小。如果 F再加大，則左螺母與絲桿間將出現(xiàn)間隙，影響定位精度。因此，滾珠絲桿的預(yù)加載荷的 0F，應(yīng)不低于絲桿最大軸向載荷的 1/3。但是，預(yù)加載荷過大，將使壽命下降和摩擦力矩加大。預(yù)加載荷往往與絲桿副的額定動(dòng)載荷 aC 有一定的比例關(guān)系。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)循環(huán)（浮動(dòng)反向器）方式。 本設(shè)計(jì)采用雙螺母墊片預(yù)緊的方式。分為拉伸預(yù)緊和壓縮預(yù)緊兩種。 （ 2） 結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整片做成兩半，修磨時(shí)不需擰下螺母。 滾珠絲桿副的尺寸計(jì)算 A. 根據(jù)定位精度要求確定脈沖當(dāng)量選擇步距角 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，初步選擇導(dǎo)程為 5mm 的絲桿；本系統(tǒng)中的定位精度均為177。 代入工作臺(tái)最快進(jìn)給速度 60m/min，脈沖當(dāng)量 B. 根據(jù)電機(jī)的最高運(yùn)行頻率及步距角，確定電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 計(jì)算可得 nmax=2400r/min 9 滾珠絲杠計(jì)算、選擇 i. 導(dǎo)程的選擇 絲桿的導(dǎo)程必須滿足下式 Ph0 為導(dǎo)程（ mm） Vmax 為工作臺(tái)運(yùn)行最高速度（ mm/s）； nmax 為電機(jī)最高轉(zhuǎn)速（ r/min） 。 代入數(shù)據(jù)得導(dǎo)程 Pho≥ 5mm，故取 PB=5（ mm） ii. 平均轉(zhuǎn)速由于我們要選擇的絲桿的運(yùn)轉(zhuǎn)方式為無切削方式，由上表可知 取絲桿平均轉(zhuǎn)速 nm=1400r/min 由于我們要選擇的絲桿的運(yùn)轉(zhuǎn)方式為無切削方式，由上表可知 取絲桿平均轉(zhuǎn)速nm=1400r/min 10 iii. 平均載荷 Fm 軸向載荷 Fa=Fw+F Fw為摩擦阻力， Fw=μ mg 其中 m=10kg，μ取 。 計(jì)算可得 Fa=。 =3000r/min 11 ln為臨界長度，取 350mm fnk為支承系數(shù)，當(dāng)支承方式為固定 支承時(shí)，取 計(jì)算可得 d2= 故所選的絲桿的底徑 d2 應(yīng)大于等于 viii. 絲桿初選 綜上可知 ，我們要選的絲桿應(yīng)滿足： 導(dǎo)程 Pho≥ 5mm 底徑 d2≥ 額定動(dòng)載荷 Ca≥ 又根據(jù)所設(shè)計(jì)的二維滑臺(tái)的精度等設(shè)計(jì)要求，我們初步選取的絲桿型號(hào)如下 N F S G 20 179。 3— P2— l2*l1 ix. 絲桿螺紋長度 ???? l1=lu+2le lu 為有效行程，為 350mm le 為余程，根據(jù)導(dǎo)程 PB=5mm 和下表可知 le=20mm 計(jì)算可得 l1=390mm 故絲桿螺紋的長度不得小于 390mm 加上絲桿螺母總成的一半 （螺母總長為 43mm） 得絲桿螺紋長度≥ ，在此取絲桿螺母長度為 l1=430mm。加上軸承安裝長度和與聯(lián)軸器的連接長度， 取絲桿長度為 500mm 故絲桿編號(hào)為： 12 N F S G 20179。 3— P2— 500179。支承方式選用“固定 — 游動(dòng)”型。聯(lián)軸器主要用于兩軸之間的聯(lián)接，它也可用于軸和其它零件（卷筒、齒輪、帶輪等）之間的聯(lián)接。 根據(jù)被聯(lián)接兩軸的相對(duì)位置關(guān)系，聯(lián)軸器可分為剛性、彈性和液力三種。 幾種常用的