【正文】 a：導(dǎo)向面上的摩擦阻力：導(dǎo)向面上的摩擦系數(shù)?g：重力加速度Ph：進(jìn)給絲杠的導(dǎo)程：進(jìn)給絲杠的正效率1?滾珠絲杠 =， =?推出： ??? = Nm?故選擇 56BYG250DSASSBL0241 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，此電動(dòng)機(jī)的參數(shù)：相數(shù)：2；步距角： / ；靜態(tài)相電流：；相電阻: 。相電感：；保? ?持轉(zhuǎn)矩：；定位轉(zhuǎn)矩： ；空載啟動(dòng)頻率： ；重量：1kg；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：460g/ ；驅(qū)動(dòng)電壓：48VDC。2c（五）步進(jìn)電機(jī)與絲杠的配合計(jì)算根據(jù)以上步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及絲杠的選擇，可知步距角為 ，絲杠的導(dǎo)程為 4mm.?由此可計(jì)算出當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器毎發(fā)出一個(gè)脈沖絲杠移動(dòng)的距離 SS= ?? = 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)由于在刀具進(jìn)給方向上，需要對(duì)被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)高精度的位置控制，而實(shí)現(xiàn)精確位置控制的一個(gè)基本條件是需要有高精度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)脈沖當(dāng)量和進(jìn)給速度都要求太高時(shí)，傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)將面臨一系列問題，且實(shí)現(xiàn)起來難度大，成本較高。而交流伺服電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)卻能以較低的成本獲取極高的位置控制精度，所以在本系統(tǒng)中 Y 軸方向的運(yùn)動(dòng)采用伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)進(jìn)行進(jìn)給 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（一）伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制面板圖 211 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制面板表 27 面板說明按 鍵 激 活 條 件 功 能在模式顯示時(shí)有效在以下 5 種模式之間切換：1） 監(jiān)視器模式2） 參數(shù)設(shè)置模式3） EEPROM 寫入模式4） 自動(dòng)調(diào)整模式5） 輔助功能模式一直有效用來在模式顯示和執(zhí)行顯示之間切換改變各模式里的顯示內(nèi)容、更改參數(shù)、選擇參數(shù)或執(zhí)行選中的參數(shù)僅對(duì)有小數(shù)點(diǎn)閃爍的那一位數(shù)據(jù)有效 把可移動(dòng)的小數(shù)點(diǎn)移動(dòng)到更高位數(shù)（二）驅(qū)動(dòng)器的各個(gè)接口圖 212 伺服驅(qū)動(dòng)器接口圖（三）驅(qū)動(dòng)器的工作原理伺服驅(qū)動(dòng)器的工作目的，主要是根據(jù)伺服控制器送出的指令（P,V,T）工作。同步電機(jī)并非完全同步于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)器必須進(jìn)行修正工作，使電機(jī)工作穩(wěn)定不失步。本系統(tǒng)通過 PLC 將動(dòng)作信息傳輸輸給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器通過內(nèi)部的位置控制單元、速度控制單元及驅(qū)動(dòng)單元的配合去驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠，以完成 PLC 程序中所要求的動(dòng)作。 伺服電機(jī)（一）定義伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。伺服電機(jī)可使控制速度、位置精度非常準(zhǔn)確。將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。其主要分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。（二）主要特點(diǎn)當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。（三）工作原理子上裝有兩個(gè)位置互差 90176。的繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組 Rf，它始終接在交流電壓Uf 上；另一個(gè)是控制繞組 L，聯(lián)接控制信號(hào)電壓 Uc。所以交流伺服電動(dòng)機(jī)又稱兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)。 交流伺服電動(dòng)機(jī)在沒有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)。當(dāng)有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載恒定的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)。 交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與分相式單相異步電動(dòng)機(jī)雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動(dòng)機(jī)與單機(jī)異步電動(dòng)機(jī)相比，有三個(gè)顯著特點(diǎn)： 　 (1)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 由于轉(zhuǎn)子電阻大，其轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖 3 中曲線 1 所示，與普通異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線 2 相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉(zhuǎn)差率 ，這樣不僅01S?使轉(zhuǎn)矩特性（機(jī)械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有起動(dòng)快、靈敏度高的特點(diǎn)。 　 (2)運(yùn)行范圍較廣 　 (3)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象 正常運(yùn)轉(zhuǎn)的伺服電動(dòng)機(jī)，只要失去控制電壓，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)失去控制電壓后，它處于單相運(yùn)行狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，定子中兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個(gè)轉(zhuǎn)矩特性（T1－ST2－S2曲線）以及合成轉(zhuǎn)矩特性（T－S 曲線） 交流伺服電動(dòng)機(jī)的輸出功率一般是 。當(dāng)電源頻率為 50Hz，電壓有36V、110V、2380V；當(dāng)電源頻率為 400Hz，電壓有 20V、26V、36V、115V等多種。 交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小。但控制特性是非線性，并且由于轉(zhuǎn)子電阻大，損耗大，效率低，因此與同容量直流伺服電動(dòng)機(jī)相比，體積大、重量重，所以只適用于 的小功率控制系統(tǒng)。 運(yùn)動(dòng)控制模塊 定義 NC 運(yùn)動(dòng)控制模塊是一種快速高精度的運(yùn)動(dòng)控制模塊，分為CJ、CS 、C200H 系列，對(duì)應(yīng)不同的 CPU 模塊，和內(nèi)置脈沖控制比較，NC 模塊可以實(shí)現(xiàn)多軸插補(bǔ)，內(nèi)存序列操作及示教，中斷進(jìn)給以完成更加復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。 功能 （1）高速響應(yīng)定位控制單元對(duì)于來自CPU 單元的指令在2 毫秒內(nèi)做出響應(yīng)（2）存儲(chǔ)器操作和直接操作有兩種不同的控制方法。第一種是存儲(chǔ)器操作，在這種操作中定位所需的信息被傳輸?shù)絇CU，然后對(duì)應(yīng)定位控制具體化；第二種是直接操作，在這種操作中目的位置和目的速度每次都要由CPU 單元設(shè)置。（3）控制軸的數(shù)量和輸出類型PCU可以有2或者4個(gè)軸。使用2或4個(gè)軸的型號(hào)，對(duì)于所有的軸線線性線性插都可以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于任何數(shù)目的控制軸，開放式控制器輸出，或者線路激勵(lì)器輸出都是可得的。要根據(jù)控制軸的數(shù)量和期望的輸出類型選擇最適當(dāng)?shù)男吞?hào)。（4）可由軸來選擇的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和脈沖序列輸入類型的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以與PCU相連。對(duì)不同的允許混合使用不同類型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的軸可以設(shè)置不同的操作模式。（5）中斷進(jìn)給當(dāng)一個(gè)中斷在脈沖輸出過程中輸入時(shí)，定位僅僅繼續(xù)進(jìn)行一定的數(shù)量然后停止。（6）定位和速度控制范圍定位可以在－1,073,741,823 至1,073,741,823 個(gè)脈沖位置范圍內(nèi)被執(zhí)行，速度在每1 個(gè)脈沖單位中在1 至500,000 pps 范圍內(nèi)。這意味著在大范圍內(nèi)以精確的速度定位是可能的。 選擇由于本次設(shè)計(jì)平面軌跡切削加工控制系統(tǒng)，即只設(shè)計(jì)系統(tǒng)滿足平面內(nèi)的切削即可，故選擇雙軸定位模塊來控制 X、Z 軸的聯(lián)動(dòng)，已達(dá)到完成切削“中”字的要求，雙軸定位模塊的型號(hào)為 CJ1WNC213 繼電器(KA)與接觸器（KM） 繼電器 (1)定義繼電器是一種當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光、熱）達(dá)到一定值時(shí)，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動(dòng)控制器件。(2)工作原理當(dāng)輸入量(如電壓、電流、溫度等)達(dá)到規(guī)定值時(shí)，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器。具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)、自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)、遙控、測(cè)量和通信等裝置中 [15]。(3)作用繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應(yīng)機(jī)構(gòu)（輸入部分） ；有能對(duì)被控電路實(shí)現(xiàn)“通”、 “斷”控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（輸出部分） ；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對(duì)輸入量進(jìn)行耦合隔離，功能處理和對(duì)輸出部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的中間機(jī)構(gòu)（驅(qū)動(dòng)部分） 。 接觸器(1)定義接觸器(Contactor)是指工業(yè)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。接觸器由電磁系統(tǒng)（鐵心，靜鐵心，電磁線圈）觸頭系統(tǒng)（常開觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。(2)分類1)按控制線圈的電壓分直流接觸器、交流接觸器 2)按操作機(jī)構(gòu)分電磁式接觸器、永磁式接觸器3)按驅(qū)動(dòng)方式分液壓式接觸器、氣動(dòng)式接觸器 4)按動(dòng)作方式分直動(dòng)式接觸器、轉(zhuǎn)動(dòng)式接觸器(3)工作原理當(dāng)接觸器的電磁線圈通電后，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動(dòng)觸頭動(dòng)作：常閉觸頭斷開；常開觸頭閉合，兩者是聯(lián)動(dòng)的。當(dāng)線圈斷電時(shí)，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復(fù)原：常閉觸頭閉合；常開觸頭斷開 [11]。 接觸器與繼電器的區(qū)別繼電器：輔助觸點(diǎn)比較多，用于控制電路、電流小，沒有滅 弧裝置，可在電量或非電量的作用下動(dòng)作。其輔助觸點(diǎn)電流一般小于 10A，多數(shù)在 5A接觸器：輔助觸點(diǎn)少，用于主電路，電流大，觸頭可以通過大電流，用于主回路較多。有滅弧裝置，一般只能在電壓作用下動(dòng)作 [12]。 圖 213 西門子接觸器 圖 214 西門子繼電器第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)方案原點(diǎn) 復(fù)位 中間位置 Y 軸前進(jìn)到加工面進(jìn)行加工 主軸轉(zhuǎn)動(dòng) 加工“中”字 Y 軸退回 C 軸旋轉(zhuǎn) 總控制系統(tǒng)工作流程圖總控制流程圖見附頁 輸入輸出線表表 31 I/O 分配PLC 其 它 其 它 其 它 啟動(dòng)（左） 啟動(dòng)（右） 停止（左） 停止（右） 正向（左） 正向（右） 反向（左） 反向（右） 復(fù)位（左） 復(fù)位（右） 自動(dòng)（上） 自動(dòng)（下） 手動(dòng)（上） 手動(dòng)（下） X 軸選擇（紅） X 軸選擇（黑） Z 軸選擇（紅） Z 軸選擇（黑）按鈕和選擇開關(guān)Y 軸選擇（紅） Y 軸選擇（黑） 后極限（紅） 后極限（黑） 前極限（紅） C 軸選擇（黑） 原位（紅）Y 軸信號(hào)C 軸選擇（紅） 24V（）COM0、COMCOM2 、COM3輸入COM 24V（+ ） 4 其 它 其 它 6 3Y 軸交流伺服29 5724V（ +）8 Y 前極限（紅）9 Y 后極限（紅）Y 軸交流伺服41 24V（） 5V（）1 電位器（左孔）2 電位器（下孔）3 電位器（右孔）24V（） 6 U U5主軸變頻器5主軸變頻器V 交流電動(dòng)機(jī) V5W W5 2 1 5V（ +）C 軸步進(jìn)3C 軸步進(jìn) 步驟一：步進(jìn)電機(jī)兩軸聯(lián)動(dòng) 控制系統(tǒng)原理圖圖 32 步進(jìn)電機(jī)兩軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖實(shí)驗(yàn)原理：PLC 接受外部操作信號(hào)發(fā)送給 CJ1W—NC213(三菱 PLC 的兩軸定位模塊)，CJ1W—NC213 接受命令并控制驅(qū)動(dòng)器使運(yùn)動(dòng)軸按軌跡運(yùn)動(dòng) [13]。 控制系統(tǒng)接線圖圖 33 步進(jìn)電機(jī)兩軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)接線圖 程序 工作原理PLC 接受外部操作信號(hào)發(fā)送給兩軸定位模塊 CJ1WNC213，CJ1WNC213 接受命令并控制驅(qū)動(dòng)器使運(yùn)動(dòng)軸按軌跡運(yùn)動(dòng)。此次設(shè)計(jì)先實(shí)現(xiàn) X、Y、軸的復(fù)位,然后 X 軸運(yùn)動(dòng)，Z 軸運(yùn)動(dòng)，使刀具對(duì)準(zhǔn)到中間位置。X、Y 軸聯(lián)動(dòng)，從而在蠟?zāi)ど闲纬伞爸小弊帧?步驟二：交流伺服電機(jī)控制 控制系統(tǒng)原理圖圖 34 典型控制系統(tǒng)框圖 控制系統(tǒng)接線圖圖 35 交流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)接線圖 程序 工作原理合上 QF1 和 QF3，PLC 通電，交流伺服系統(tǒng)接通控制電壓，PLC 使輸出 為 1，KA2 得電，觸頭使 KM3 線圈得電，主觸頭閉合，伺服系統(tǒng)強(qiáng)電接通，然后 PLC 使 為 1，給交流伺服使能。此時(shí)，交流伺服完全準(zhǔn)備好，可以執(zhí)行定位控制。定位脈沖信號(hào)由 PLC 的 發(fā)出，方向由 控制。前、后限位開關(guān)直接接入交流伺服驅(qū)動(dòng)器的專用輸入端，進(jìn)行限位保護(hù)。 步驟三：步進(jìn)電機(jī) C 軸旋轉(zhuǎn) 步進(jìn)電機(jī) C 軸控制接線圖圖 36 步進(jìn)電機(jī) C 軸控制接線圖 程序 工作原理通過 PLC 的 、 輸出端分別產(chǎn)生脈沖和方向信號(hào)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器 SH—20403,驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) M 按升降方式運(yùn)行。而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿，再由蝸輪蝸桿帶動(dòng) C 軸旋轉(zhuǎn) [14]。 步驟四：變頻調(diào)速 變頻調(diào)速接線圖圖 37 變頻調(diào)速接線圖 程序 工作原理合上 QFQF4,給 PLC 通電，PLC 使輸出 為 1 時(shí)主軸正傳，是輸出 為 1 時(shí)主軸反轉(zhuǎn)，、 不能同時(shí)為 1，同時(shí)為 0 時(shí)電動(dòng)機(jī)停止。頻率通過改變 3 端上連接的電位器來調(diào)整。 本章小結(jié)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過 PLC 控制平面軌跡切削系統(tǒng)，使其完成規(guī)定動(dòng)作。首先，各軸復(fù)位；X 軸運(yùn)動(dòng)，Z 軸運(yùn)動(dòng)，Y 軸運(yùn)動(dòng)，使刀具對(duì)準(zhǔn)到蠟?zāi)さ闹虚g位置；軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使刀具在蠟?zāi)ひ幻嫔峡滔隆爸小?；Y 軸后退；即完成此次設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)[1] 徐虎，：機(jī)械工業(yè)出版社，2022.[2] 霍罡， CP1H PLC 應(yīng)用基礎(chǔ)與編程實(shí)踐：機(jī)械工業(yè)出版社，2022.[3] PLC 入門：機(jī)械工業(yè)出版社，2022.[4] ：清華大學(xué)出版社， 2022.[5] ：東南大學(xué)出版社， 2022.[6] 謝克明，：電子工業(yè)出版社， 2022.[7] 肖峰， 編程 100 例：中國(guó)電力出版社，2022.[8] 控制程序精編 108 例：電子工業(yè)出版社，2022[9] 曹輝，：機(jī)械工業(yè)出版社， 2022.[10] ：機(jī)械工業(yè)出版社，2022.[11] ：人民郵電出版社， 2022.[12] 何衍慶，黎冰， ：電子工業(yè)出版社，2022.[13] 王永華，王東云，：北京航天航空大學(xué)出版社，2022.[14] KIM Yeoungil , KIM Lira, JUN Chasoo, Parametric design of a part 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