图2-1 滚珠丝杠滑台结构简图

2。2 所用滚珠丝杠滑台的规格

2。2。1 滚珠丝杠的组成

常用的循环方式有两种：外循环和内循环。如下图2-2所示为滚珠丝杠的外循环原理图，外循环为滚珠在循环过程中会出现与丝杠脱离接触的现象；如下图2-3所示为滚珠丝杠的内循环原理图。内循环具有刚性好、滚珠丝杠径向的尺寸结构紧凑以及摩擦损失小的优点，适用于要求较高的高精度和高灵敏度的传动，同时滚珠丝杠的内循环通过反向器来实现滚珠的循环。其缺点是反向器加工困难，本实验中所用为内循环。

图2-2 滚珠丝杠外循环原理图

图2-3 滚珠丝杠内循环原理图

2。2。2 光电编码器的型号

本课题采用的是能够产生400脉冲和24vNPN集电极开路输出的两相增量式AB光电编码器。如下图2-4 a）是光电旋转编码器的实物图，b）结构图。

图2-4 增量式旋转编码器实物图与结构图论文网

作为目前在工业应用中最多的传感器光电编码器，其主要将滚珠丝杠在轴上的机械位移量通过光电转化为脉冲数或者数字量。

增量式编码器依据光电转换的原理产生三组方波脉冲A、B与C相；为了便于判读电机的旋转方向，将A、B两组脉冲的相位差设这为90度，C主要用作为基准点的定位其为电机每转一圈产生一个个脉冲。增量式编码器具有结构简单、抗扰能力强和可靠性高的特性，能够符合于远距离传输的要求。但是增量式编码器的缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。如下图2-5为其工作的时序图。

图2-5 增量式光电编码器工作脉冲时序

2。2。3 驱动电机的选型

本课题选用的是具有两对极、额定电流为0。15安培和额定转速为1450转每分的三相220V功率为15W的鼠笼型交流调速电机（因其转子为笼式的导条和鼠笼相像，所以也称为鼠笼式异步电动机）。异步电动机与永磁同步电机以及直流电机相比较，异步电动机的结构简单、体型小同时具有价格低廉等特点，所以备受青睐[3]。

2。3 滚珠丝杠滑台的动力学模型

依据达朗贝尔原理，滚珠丝杠上受到的力矩式如下

        （2-1）

（2-1）中所示的是丝杠和电机轴之间的传动惯量；是丝杠扭矩；是导程；阻尼系数；滑枕量； 是位移。

将电机轴的扭矩替换为滚珠丝杠上的扭矩，则电机轴的平衡力矩方程

                 （2-2）

（2-2）中，是电机转角，是滚珠丝杠上的扭转的刚度。

滚珠丝杠副的基本额定动载负荷的计算公式为

                      （2-3）

（2-3）滚珠的直径；固有常数；是丝杠滚道的曲率半径；是工作圈中滚珠的数量； 是丝杠公称半径； 是列数乘；4滚珠圈数的值；接触角[4-5]。

2。4 控制系统硬件结构

本文中控制系统的硬件构成以AB公司的Micro 850系列PLC为控制器、以PowerFlex525变频器为驱动装置、以增量式光电编码器为反馈装置和三相异步电动机。其中滚珠丝杠滑台的控制系统结构图如下2-6。

图2-6 滚珠丝杠滑台的控制系统结构图

2。5 Allen-Bradley Micro850 PLC

2。5。1 Micro850 PLC简介

Allen-Bradley Micro850 PLC能够提供 24 点和 48 点控制器，采用 24V 直流电源输入，支持 100 kHz 的HSC输入，同时支持最多五个 Micro800® 功能性插件模块，最多四个扩展 I/O 模块、132 个 I/O 点，多达 3 个PTO功能，支持EtherNet/IP和串口通信。同时能够在-20 至 65 °C（-4 至 149 °F）温度下工作。本文选用的具体PLC信号是2080-LC50-48QWB[6]。