步進(jìn)電動機(jī)的選擇與計(jì)算

1、步進(jìn)電動機(jī)的選擇與計(jì)算葉文卿 （眉山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 眉山 620020）【摘 要】本文以c616車床改為開環(huán)式數(shù)控車床的設(shè)計(jì)計(jì)算，為根據(jù)車床參數(shù)，選擇步進(jìn)電動機(jī)提供了可靠易行的計(jì)算方法和步驟。【關(guān)鍵字】轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動慣量 負(fù)載起動性能數(shù)控產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)工作系統(tǒng)的力學(xué)模型，計(jì)算選擇步進(jìn)電動機(jī)或伺服電動機(jī)的規(guī)格型號，是進(jìn)行數(shù)控產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。因?yàn)殡妱訖C(jī)的參數(shù)決定著數(shù)控系統(tǒng)中各功能模塊的性能參數(shù)，各功能模塊都要與電動機(jī)相匹配，這里以用普通車床c616改為簡易數(shù)控車床為例。說明步進(jìn)電動機(jī)的計(jì)算過程。1 c616車床的各參數(shù)11改進(jìn)后的傳動系統(tǒng)簡易數(shù)控車床即開環(huán)式控制將c616車床的縱向進(jìn)給系

2、統(tǒng)常采用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動滾軸絲桿，帶動裝有刀架的拖板作往復(fù)直線運(yùn)動。其工作原理如圖 改進(jìn)后的車床傳動系統(tǒng) 1.小刀架 2.橫向步進(jìn)電動機(jī) 3.橫向滾珠絲桿 4.大拖板 5.縱向滾珠絲桿 6.縱向步進(jìn)電動機(jī)1.2 各參數(shù)1.2.1各拖板重量w=1500n1.2.2拖板與導(dǎo)軌貼塑板間摩擦系數(shù)u=0.061.2.3 最大走刀抗力fz（與運(yùn)動方向相反）=1400n1.2.4 最大主切削力fy（與導(dǎo)軌垂直）=2800n（最大走刀抗力和主切削力可根據(jù)普通c616車床的電動機(jī)功率和車削時(shí)車刀的主偏角為900 時(shí)計(jì)算而得出）1.2.5 拖板進(jìn)給速v1 =10500毫米/分1.2.6 車刀空行程速度v2 =200

3、毫米/分1.2.7 滾珠絲桿導(dǎo)程l=6毫米1.2.8 滾珠絲桿節(jié)圓直徑d0 =30毫米1.2.9 絲桿總長l=1000毫米1.2.10 定位精度0.01毫米2 確定步進(jìn)電動機(jī)的型號2.1脈沖當(dāng)量的選擇脈沖當(dāng)量：一個(gè)指令脈沖使步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動拖動的移動距離=0。01mm/p（輸入一個(gè)指令脈沖工作臺移動0.01毫米）初選之相步進(jìn)電動機(jī)的步距角0.750 /1.50 ，當(dāng)三相六拍運(yùn)行時(shí)，步距角=0.750 其每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)s=480 p/r步進(jìn)電動機(jī)與滾珠絲桿間的傳動比ii= = =1.25在步進(jìn)電動機(jī)與滾珠絲桿之間加z1 =20，z2 =25 模數(shù)m=2.5的一對齒輪。齒輪的模數(shù)根據(jù)c616車床，掛輪

4、齒類比確定。2.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算2.2.1 空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩tlf tlf = = =0.086n.m2.2.2 車削加工時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl tl = = =1.584n.mu- 摩擦系數(shù)w-拖板重量l-導(dǎo)程i-傳動比fz-最走刀抗力fy -最大切削力（n）-滾動絲桿傳動效率2.3 等效轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算2.3.1滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動慣量jsjs=kg.m22.3.2拖板的運(yùn)動慣量jw=kg.m22.3.3大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量jg2（大齒接圓直徑62.5毫米 寬10毫米）jg2 =kg.m2 2.3.4小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量jg1（小齒接圓直徑50毫米 寬12毫米）換算系列電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量jlkg.m2 換

5、算到電動機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量jl = =7.3310-4 kg.m22.4 初選步進(jìn)電動機(jī)型號根據(jù)車削時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)距tl=1.58n.m和電動機(jī)總轉(zhuǎn)動慣量jl=7.33x10-4,初步選定電動型號為110bf003反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。該電動機(jī)的最大靜扭距tmax=8.1n.m，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 jm=4.710-4kg.m2為了使步進(jìn)電動機(jī)具有良好的起動能力及較快的響應(yīng)速度應(yīng)為： 及空載時(shí)起動時(shí)間計(jì)算（ta）110bf003步進(jìn)電動機(jī)的最小加、減速度時(shí)間為1秒2.4.1帶慣性負(fù)載的最大起動頻率fl的計(jì)算電動機(jī)空載起動頻率2.4.2帶慣性負(fù)載的最大轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分2.4.3帶慣性負(fù)載起動力矩tm電動機(jī)起動矩-頻率

6、特性曲線tm=2.6n.m2.4.4 負(fù)載時(shí)起動時(shí)間tata=該電機(jī)帶慣性負(fù)載時(shí)能夠起動2.5速度驗(yàn)算2.5.1 空行程快速移動速度的驗(yàn)算從電動機(jī)的運(yùn)行矩-頻率特性曲線查得fmax=6000hz時(shí)，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩0.9n.m>tlf=0.086n.m（空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩）2.5.2工作行程速度計(jì)算當(dāng)t=1.584n.m時(shí)，電動機(jī)對應(yīng)頻率f3000hz以上計(jì)算，選該型號步進(jìn)電動機(jī)，無論是起動性能，還是空行程快速進(jìn)給，還是工作行進(jìn)給速度都能滿足c616車床的設(shè)計(jì)要求3 結(jié)論3.1 根據(jù)普通車床的電機(jī)和切削速度計(jì)算出最大切削力和走刀抗力fc= fz （車刀主偏角900，零件材料45#鋼）3.2 計(jì)算出空載時(shí)摩擦轉(zhuǎn)矩tlf 和加工時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl 3.3 計(jì)算機(jī)械傳動系統(tǒng)換算到電機(jī)軸上的總慣量jl 3.4初選步進(jìn)電動型號： tm 3.5校核電動機(jī)起動性能，驗(yàn)算空行程速度和工作行程速度 選定步進(jìn)電動機(jī)后，步進(jìn)電動機(jī)的性能參數(shù)，為數(shù)控系統(tǒng)，特別是輸出接口，驅(qū)動電源模塊