xy轴怎么走圆

(1) 西门子S7-200SMART系列PLC，CPU型号为ST20。

(2) XYZ轴平台一套，该平台有三个步进驱动器，三套电机配合丝杆，在本例子因ST20型号的CPU只支持2轴高速脉冲输出，所以只驱动X轴和Y轴。实验平台如下图所示：

注：定义往电机方向移动为正方向，丝杆的逻辑为4mm，步进驱动的细分设置为3200个脉冲一转。

CPU输出端Q0.0和Q0.2分半为X轴的脉冲和方向信号，Q0.1和Q0.7位Y轴的脉冲和放信号，步进驱动器有PLC的接线图如下所示：

二、走圆轨迹算法说明

西门子S7-200SMART系列PLC不支持圆弧插补功能，所以需要自己根据算法进行计算后分别驱动X轴和Y轴的移动从而来实现画圆功能

要驱动XY轴画圆，可采用极限逼近法，把画圆弧变成画线段，如下图所示左侧为六等分，角度a=30°，右侧为十二等分，角度a=15°。

从上图中可以看出，当等边多边形的边越多时，则多边形的轨迹就越和圆相近，所以当角度a足够小时，则得到的多边形轨迹就越与圆接近。

根据以上分析需要完成画圆功能，我们需要知道“圆心坐标值”、“圆的半径”、“画圆的速度”，然后根据分为三部分来实现：

(1)画笔移动到圆上

把XY轴分别回原点，回原点后的位置默认为XY平面坐标的原点，然后由原点移动到圆心坐标，如下图所示1#点为圆心，2#点为圆上点。

假设1#点的坐标为(X1，Y1)，速度为V，则X轴移动的距离为X1，Y轴移动的距离为Y1。根据勾股定理可计算出原点到圆心的距离“Y(0→1)”、X轴移动速度“VXaxis”和Y轴移动速度“VYaxis” ，计算公式如下所示：

当画笔到达1#点后，然后Y轴不动，X轴以V的速度移动半径R的距离到达圆上2#点位置，假2#点的坐标为(X2，Y2)

(2)画笔开始画圆

画笔从2#点位置开始移动画圆，假设下个圆上的点为3#点，坐标为(X3,Y3)，从圆心到3#点和从圆心到2#点的角度为a，如下图所示：

根据三角函数可计算出3#点的坐标(X3，Y3)的值分别为：

X3=Cos(a)*R+X1，Y3=Sin(a)*R+Y1

根据勾股定理可计算出XY轴要移动的距离 “Y(2→3)”的值。X轴移动速度“VXaxis”和Y轴移动速度“VYaxis” ，计算公式如下所示：

注：此时X2和Y2为X轴和Y轴的当前位置，X3和Y3为X轴和Y轴要移动的目标位置,速度需要取绝对值。

同理：当画笔到达3#点后，角度变为2a，则对应的圆上点为4#点，坐标为(X4，Y4)，如下图所示：

根据三角函数可计算出4#点的坐标(X4，Y4)的值分别为：

X4=Cos(2a)*R+X1，Y4=Sin(2a)*R+Y1

根据勾股定理可计算出XY轴要移动的距离 “Y(3→4)”的值。X轴移动速度“VXaxis”和Y轴移动速度“VYaxis” ，计算公式如下所示：

注：此时X3和Y3为X轴和Y轴的当前位置，X4和Y4为X轴和Y轴要移动的目标位置，速度需要取绝对值。

依次下去，每走完一次后，角度自加一次，当角度值大于360°时，则认为画圆完成。

三、PLC程序设计

根据分析，对于S7-200SMART系列PLC的程序设计主要分为“运动向导的组态配置”、“初始与会原点程序”、“速度计算程序”、“开始画圆程序”

(1)初始化和回原点

(2)速度换算程序

(3)画圆程序

子程序内部程序

下载源程序请：………

四、实验效果展示

数控系统中每个轴都有伺服机构，圆弧插补不是简单的分别以什么样的速度运动，二十有插补运算的，微分路径的话就是在不同的地方每个轴分别走不同的步进，实际是阶梯形的。需要精确控制每个电机转动的角度才能实现圆弧插补。0万贯五金机电网】在旋转电机中，由于发电机是电能的生产机器，所以和电动机相比，它的种类要少的多而电动机是工业中的应用机器，所以和发电机相比，人们对电动机的研究要多的多，对其分类也要详细的多。实际上，我们通常所说的旋转电机都是狭义的，也就是电动机——俗称“马达”。众所周知，电动机是传动以及控制系统中的重要组成部分，随着现代科学技术的发展，电动机在实际应用中的重点已经开始从过去简单的传动向复杂的控制转移尤其是对电动机的速度、位置、转矩的精确控制。

由此可见，对于一个电气工程技术人员来说，熟悉各种电机的类型及其性能是很重要的一件事情。通常人们根据旋转电机的用途进行基本分类。下面我们就从控制电动机开始，逐步介绍电机中最有代表性、最常用、最基本的电动机——控制电动机和功率电动机以及信号电机。

● 控制电动机

1无刷直流电动机

无刷直流电机(BLDCM)是在有刷直流电动机的基础上发展来的，但它的驱动电流是不折不扣的交流无刷直流电机又可以分为无刷速率电机和无刷力矩电机。一般地，无刷电机的驱动电流有两种，一种是梯形波(一般是“方波”)，另一种是正弦波。有时候把前一种叫直流无刷电机，后一种叫交流伺服电机，确切地讲是交流伺服电动机的一种。

无刷直流电机为了减少转动惯量，通常采用“细长”的结构。无刷直流电机在重量和体积上要比有刷直流电机小的多，相应的转动惯量可以减少40%—50%左右。由于永磁材料的加工问题，致使无刷直流电机一般的容量都在100kW以下。

这种电动机的机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广，寿命长，维护方便噪声小，不存在因电刷而引起的一系列问题，所以这种电动机在控制系统中有很大的应用潜力。

2 步进电动机

所谓步进电动机就是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构更通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。我们可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量，从而达到精确定位的目的同时还可以通过控制脉冲频率来控制电动机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。目前，比较常用的步进电动机包括反应式步进电动机(VR)、永磁式步进电动机(PM)、混合式步进电动机(HB)和单相式步进电动机等。

步进电动机和普通电动机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点，步进电动机可以和现代的数字控制技术相结合。但步进电动机在控制精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统闭环控制的直流伺服电动机所以主要应用在精度要求不是特别高的场合。由于步进电动机具有结构简单、可靠性高和成本低的特点，所以步进电动机广泛应用在生产实践的各个领域尤其是在数控机床制造领域，由于步进电动机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以一直被认为是最理想的数控机床执行元件。

除了在数控机床上的应用，步进电机也可以用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。

此外，步进电动机也存在许多缺陷由于步进电机存在空载启动频率，所以步进电机可以低速正常运转，但若高于一定速度时就无法启动，并伴有尖锐的啸叫声不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大，细分数越大精度越难控制并且，步进电机低速转动时有较大的振动和噪声。

3伺服电动机

伺服电动机广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的。

伺服电动机有直流和交流之分最早的伺服电动机是一般的直流电动机，在控制精度不高的情况下，才采用一般的直流电机做伺服电动机。目前的直流伺服电动机从结构上讲,就是小功率的直流电动机,其励磁多采用电枢控制和磁场控制,但通常采用电枢控制。

旋转电机的分类，直流伺服电动机在机械特性上能够很好的满足控制系统的要求，但是由于换向器的存在，存在许多的不足：换向器与电刷之间易产生火花，干扰驱动器工作，不能应用在有可燃气体的场合电刷和换向器存在摩擦，会产生较大的死区结构复杂，维护比较困难。

交流伺服电动机本质上是一种两相异步电动机，其控制方法主要有三种：幅值控制、相位控制和幅相控制。

一般地，伺服电动机要求电动机的转速要受所加电压信号的控制转速能够随着所加电压信号的变化而连续变化电动机的反映要快、体积要小、控制功率要小。伺服电动机主要应用在各种运动控制系统中，尤其是随动系统。

4力矩电动机

所谓的力矩电动机是一种扁平型多极永磁直流电动机。其电枢有较多的槽数、换向片数和串联导体数，以降低转矩脉动和转速脉动。力矩电动机有直流力矩电动机和交流力矩电动机两种。

其中，直流力矩电动机的自感电抗很小，所以响应性很好其输出力矩与输入电流成正比，与转子的速度和位置无关它可以在接近堵转状态下直接和负载连接低速运行而不用齿轮减速，所以在负载的轴上能产生很高的力矩对惯性比，并能消除由于使用减速齿轮而产生的系统误差。

交流力矩电动机又可以分为同步和异步两种，目前常用的是鼠笼型异步力矩电动机，它具有低转速和大力矩的特点。一般地，在纺织工业中经常使用交流力矩电动机，其工作原理和结构和单相异步电动机的相同，但是由于鼠笼型转子的电阻较大，所以其机械特性较软。

5开关磁阻电动机

开关磁阻电动机是一种新型调速电动机，结构极其简单且坚固，成本低，调速性能优异，是传统控制电动机强有力竞争者，具有强大的市场潜力。

● 功率电动机

1 直流电动机

直流电动机是出现最早的电动机，大约在19世纪末，其大致可分为有换向器和无换向器两大类。直流电动机有较好的控制特性直流电动机在结构、价格、维护方面都不如交流电动机，但是由于交流电动机的调速控制问题一直未得到很好的解决方案，而直流电动机具有调速性能好、起动容易、能够载重起动等优点，所以目前直流电动机的应用仍然很广泛，尤其在可控硅直流电源出现以后。

2 异步电动机

异步电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩而实现能量转换的一种交流电机。异步电动机一般为系列产品，品种规格繁多，其在所有的电动机中应用最为广泛，需量最大目前，在电力传动中大约有90%的机械使用交流异步电动机，所以，其用电量约占总电力负荷的一半以上。

异步电动机具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。并且，异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步电动机主要广泛应用于驱动机床、水泵、鼓风机、压缩机、起重卷扬设备、矿山机械、轻工机械、农副产品加工机械等大多数工农生产机械以及家用电器和医疗器械等。

在异步电动机中较为常见的是单相异步电动机和三相异步电动机，其中三相异步电动机是异步电动机的主体。而单相异步电动机一般用于三相电源不方便的地方，大部分是微型和小容量的电机，在家用电器中应用比较多，例如电扇、电冰箱、空调、吸尘器等。

3 同步电动机

所谓同步电动机就是在交流电的驱动下，转子与定子的旋转磁场同步运行的电动机。同步电动机的定子和异步电动机的完全一样但其转子有“凸极式”和“隐极式”两种。凸极式转子的同步电动机结构简单、制造方便，但是机械强度较低，适用于低速运行场合隐极式同步电动机制造工艺复杂，但机械强度高，适用于高速运行场合。

同步电动机的工作特性与所有的电动机一样， 同步电动机也具有“可逆行”，即它能按发电机方式运行，也可以按电动机方式运行。

同步电动机主要用于大型机械，如鼓风机、水泵、球磨机、压缩机、轧钢机以及小型、微型仪器设备或者充当控制元件其中三相同步电动机是其主体。此外，还可以当调相机使用，向电网输送电感性或者电容性无功功率。

●信号电机

1 位置信号电机

目前，最有代表性的位置信号电机：旋转变压器、感应同步器和自整角机。

旋转变压器本质上是可以随意改变一次绕组和二次绕组耦合程度的变压器。其结构和绕线式异步电动机相同，定子和转子各有两组相互垂直的分布绕组，转子绕组利用滑环和电刷与外电路联接。当一次绕组励磁以后，二次绕组的输出电压和转子的转角成正弦、余弦、线性或者其他函数关系，可以用于计算装置中的坐标变换和三角运算，还可以在控制系统中作为角度数据传输和移相器使用。

感应同步器是一种高精度的位置或角度检测元件，有圆盘式和直线式两种。圆盘式感应同步器用来测量转角位置而直线式感应同步器用来测量线位移。

自整角机是一种感应式机电元件，被广泛地应用于随动系统中，作为角度传输、变换和指示的装置。在控制系统中经常两台或者多台联合使用，使机械上互不相连的两根或多根轴能够自动地保持相同的转角变化，或者同步旋转。

2 速度信号电机

最有代表性的速度信号电机是测速发电机，其实质上是一种将转速变换为电信号的机电磁元件，其输出电压与转速成正比。从工作原理上讲，它属于“发电机”的范畴。测速发电机在控制系统中主要作为阻尼元件、微分元件、积分元件和测速元件来使用。

测速发电机有直流和交流之分而直流测速发电机又有他励和永磁之分，其结构和工作原理与小功率直流发电机相同，通常输出功率较小，作为计算元件时要求其输出电压的线性误差和温度误差低于一个上限。而交流测速发电机又有同步和异步之分同步测速发电机包括：永磁式、感应式和脉冲式异步测速发电机应用最广泛的是杯型转子异步测速发电机。

为了提高测速发电机的精确度和可靠性，目前，直流测速发电机出现了无刷结构的霍尔效应直流测速发电机。因为这种霍尔效应无刷直流测速发电机是一种无齿槽、无绕组的电机，所以它不会产生由于齿槽而存在的“齿槽谐波电势”，这种电机结构简单，便于小型化。

综述

一般地，在一个完整的自动控制系统中，信号电机、功率电动机和控制电动机都会有自己的用武之地。通常控制电动机是很“精确”的电动机，在控制系统中充当“核心执行装置”而功率电动机是比较“强壮”的大功率电动机，常用来拖动现场的机器设备信号电机则在控制系统中担任“通讯员”的角色，本质上就是“电机传感器”。

当然，并不是所有的自动控制系统中都具备这三种电机，在一般的自动化领域，例如运动控制和过程控制，尤其是在运动控制中，控制电动机是必不可少的“核心器件”，所以控制电动机在自动化领域中的地位是举足轻重的，这也是人们对控制电动机研究最多的原因之一。

实际上，随着电机制造技术的不断发展和相互融合，各种旋转电机的性能都逐渐“交叉化”和“特殊化”。对各种旋转电机进行极其详细地分类是不可能的，因为许多新型旋转电机都是许多电机工作原理和许多电机制造技术高度统一的有机体。

数控机床能适应不同零件的自动加工，当改变加工零件时，只需改变数控程序，而不用凸轮、靠模、样板、或钻镗模等专用工艺装备。具有生产效率和加工精度高，加工质量稳定的特点。而经济型数控机床因投资少、见效快、系统结构简单，在中、小型企业中更是应用较广。但由于数控机床自身的局限性，尤其是经济型数控机床大多是通过旧普通机床数控化改造而来，该机床在使用过程中故障率也较高。据统计，CNC车床的故障多发生在电气系统(27.74%)转塔或刀架(18.41%) 、CNC系统(10.0%) 、卡盘、夹具等机床附件(10.02%) 、电源(7.39%) 、伺服单元(6.35%) 等部位。显见数控机床部件及子系统中，故障最频繁的是机床电气系统。现将数控机床在使用过程中机床电气系统出现的一些典型故障分析归纳如下：1 典型故障及排除 发生Z轴进给的丢步或突然停止的故障配备济南产BKC2-Ⅲ型数控系统的某型数控机床，在加工零件时，出现Z轴步进电机偶而发生丢步或突然停止进给的故障，让Z轴步进电机空运行时，则一切正常。为此逐项检查，发现控制面板在Z向出现故障时无错误信息揭示也无异常显示，初步判定主板无问题。检查Z轴驱动部分，大功率管，接口板相应电路，发现Z轴总是在加工到离主轴箱较近位置时出现故障，因而估计可能是由于加工工件时产生强烈振动使数控系统Z轴电器部分某环节接触不良造成的。仔细检查Z轴控制部分，发现接口板和驱动板间有根连接线为虚焊，重焊后故障即消失。出现X向进给速度突然变慢，控制面板显示异常故障 仍是上述配备济南产BKC2-Ⅲ型数控系统的某型数控机床，在使用过程中出现 向进给速度突然变慢，控制面板显示异常的故障。因控制面板显示异常，先检查主板。发现该系统CPU采用的是280芯片，主板全部集成块都带插座，而不是直接焊接在印刷板上。故判断可能存在电气元件接触不良的现象，将CPU、EPROM、RAM芯片逐个重新插接，当将RAM芯片取出又重新插入插座后试机，发现故障消失。 出现关机后机床数据和加工程序丢失现象 一台配备德国HEIDENHAIN公司TNC155数控系统的进口意大利数控铣床。在某年冬季使用时，新换了电池的CNC系统常出现关机后机床数据和加工程序丢失的现象：有时机床在自动加工时，还出现程序突然中断，CNC系统死机的故障。冬季过后，该故障自然消失。后来只要是冬季或下雨天，故障又重新出现，且很频繁，有时因关机使机床参数丢失，而重新输入数据时，CNC系统就死机。根据有时可以开机操作，且夏季较少出现此故障的现象分析，认为这可能是由于温度、湿度的变化，导致一些接插件接触不良造成的。我们关掉所有能产生干扰的干扰源，检查了所有的接地线、外接插头都没发现问题，后将机箱打开，发现总线槽上插接的三块电路板中，其中一块因潮湿已发生弯曲变形，从而导致印刷电路板线路断路或接触不良。校直固定该板并插接好后，通电试机故障消失。 出现X轴步进电机突然停止进给，反馈信号错乱故障 某厂一台通过旧普通车床数控化改造的经济型数控车床在生产过程中，出现X轴步进电机突然停止进给、控制面板反馈信号错乱的故障。关掉所有能产生干扰的干扰源，重新试机故障仍未消除。检查主板，也无问题。仔细检查 轴控制部分，发现是因为装在拖板上的横向运动电机(X轴步进电机) ，在加工零件刀架远离工件时，防护板随刀架移动而将X轴步进电机裸露出来，致使切削液淋湿电机并渗入电缆插头而造成的。干燥并重新接入电缆，试机故障即消除。这主要是因为Z轴步进电机有两根电缆，一根是电源供电，一根是讯号反馈，当电缆进水后，反馈讯号错乱，系统便反映出来，从而出现机床故障。 2 预防及维护 电气系统是指除CNC系统和电源外的所有电气元件及其线路连接，即通常所指的强电部分。它包括按钮、开关、接近开关、继电器、电磁阀、传感元件等，分散于电控柜和机床本体的各部位。在生产现场机床加工振动大、油烟粉尘重、气候潮湿的情况下，电气系统的电子元器件、连接线、熔断器等极易出现接触不良及元器件损坏、熔断器断路等现象。这是造成数控机床电气系统故障频繁的主要原因。因此使用过程中，必须进行精心的预防和维护。 使用过程中的防水(油) 、防尘 数控机床在生产过程中，数控系统一般装在加工区之外，但数控系统的执行部件、检测部件及相关电缆，如伺服电机、行程限位开关、回零点开关等则离加工区很近，加工时切忌将冷却液开得过大，致使冷却液飞溅将其淋湿而造成机床故障：通常数控机床的数控装置是采取了一定的防尘措施的，但机床的使用环境各异，如果环境条件太差，油雾、粉尘严重，如加工铸铁件时，须对数控系统增加一定的防护，因数控系统机箱内的印刷电路板线很密，加工时飞出的粉尘落在印刷电路板上，再加上油雾，将使其牢固地附着其上，久而久之便会打火短路，引发故障。 定期维护、精心使用 有的数控机床，其数控装置放在防护门上，每次开关防护门数控装置的电缆便随之弯曲，长期如此，将导致电缆或其接头部分折断和虚接而造成故障：有的数控机床，连接伺服电机的电缆露在外面随拖板移动，或在其它部件上拖行，久而久之电缆破损出现故障。因此对于数控机床须定期检查维护，尤其是电缆，发现有破损、折断或虚接的趋势即予更换，预防故障的发生。再者，数控机床使用的伺服电机与普通电机不同，其内部装有脉冲编码器、位置检测器，属易损件，尤其脉冲编码器是玻璃的，且是用环氧树脂粘接的，较脆弱。因此对于伺服电机，装配时忌用榔头敲打：使用时禁止零件、毛坯等重物碰撞或放在上面。

1、如果是丝杠换向运动的一开始有个反向运动（比如G1X10，X20，X5，在X20到X5的运动中，X丝杠先是往正反向跑了一下，然后才到X5）这就是X丝杠间隙调整过大引起的，要到X丝杠间隙参数里调整（具体几号参数记不得了）。2、如果是丝杠本身走的方向相反的话，那就要到伺服驱动器里去调整参数了。如是步进电机则需调整电机到电脑的接线了。

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