步進(jìn)電機(jī)選擇的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程

1、1, 如何正確選擇伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)？主要視具體應(yīng)用情況而定，簡(jiǎn)單地說(shuō)要確定：負(fù)載的性質(zhì)（如水平還是垂直負(fù)載等），轉(zhuǎn) 矩、慣量、轉(zhuǎn)速、精度、加減速等要求，上位控制要求（如對(duì)端口界面和通訊方面的要求） 主要控制方式是位置、轉(zhuǎn)矩還是速度方式。供電電源是直流還是交流電源，或電池供電， 電壓圍。據(jù)此以確定電機(jī)和配用驅(qū)動(dòng)器或控制器的型號(hào)。2，選擇步進(jìn)電機(jī)還是伺服電機(jī)系統(tǒng)？其實(shí)，選擇什么樣的電機(jī)應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況而定，各有其特點(diǎn)。請(qǐng)見(jiàn)下表，自然明白。 步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)伺服電機(jī)系統(tǒng)力矩圍中小力矩（一般在20Nm以下）小,全圍速度圍低（一般在2000RPM以下，大力矩電機(jī)小于1000RPM直流伺服電機(jī)更可達(dá)12萬(wàn)

2、轉(zhuǎn)/分 控制方式主要是位置控制平滑性 精度 矩頻特性 過(guò)載特性 反饋方式 編碼器類型 響應(yīng)速度 耐振動(dòng) 溫升 維護(hù)性 價(jià)格 3,如何配用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器？ 根據(jù)電機(jī)的電流，配用大于或等于此電流的驅(qū)動(dòng)器。如果需要低振動(dòng)或高精度時(shí)，可配用 細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于大轉(zhuǎn)矩電機(jī)，盡可能用高電壓型驅(qū)動(dòng)器，以獲得良好的高速性能。主要是位置控制多樣化智能化的控制方式，位置低速時(shí)有振動(dòng)（但用細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器則可明顯改善） 般較低，細(xì)分型驅(qū)動(dòng)時(shí)較高高速時(shí)，力矩下降快過(guò)載時(shí)會(huì)失步大多數(shù)為開(kāi)環(huán)控制，也可接編碼器好運(yùn)行溫度高基本可以免維護(hù)低 高高（可達(dá)5000RPM,/轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩方式 好，運(yùn)行平滑 高（具體要看反饋裝置的分辨率）

3、 力矩特性好，特性較硬可310倍過(guò)載（短時(shí)），防止失步閉環(huán)方式，編碼器反饋光電型旋轉(zhuǎn)編碼器（增量型/絕對(duì)值型），旋轉(zhuǎn)變壓器型快 般（旋轉(zhuǎn)變壓器型可耐振動(dòng)） 一般較好4, 2相和5相步進(jìn)電機(jī)有何區(qū)別，如何選擇？2相電機(jī)成本低，但在低速時(shí)的震動(dòng)較大，高速時(shí)的力矩下降快。5相電機(jī)則振動(dòng)較小,高速性能好，比2相電機(jī)的速度高3050%可在部分場(chǎng)合取代伺服電機(jī)。5, 何時(shí)選用直流伺服系統(tǒng)，它和交流伺服有何區(qū)別？直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便 （換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)環(huán)境有要求。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民 用場(chǎng)合

4、。無(wú)刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定?？?制復(fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維 護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長(zhǎng)壽命，可用于各種環(huán)境。交流伺服電機(jī)也是無(wú)刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)， 它的功率圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速 降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。6, 使用電機(jī)時(shí)要注意的問(wèn)題？上電運(yùn)行前要作如下檢查：1）電源電壓是否合適（過(guò)壓很可能造成驅(qū)動(dòng)模塊的損壞）；對(duì)于直流輸入的+/-極性一定不能接錯(cuò)，驅(qū)動(dòng)控制器上的電機(jī)型號(hào)或電流設(shè)定

5、值是否合適（開(kāi)始時(shí)不要太大）；2）控制信號(hào)線接牢靠，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最好要考慮屏蔽問(wèn)題（如采用雙絞線）；3）不要開(kāi)始時(shí)就把需要接的線全接上，只連成最基本的系統(tǒng)，運(yùn)行良好后，再逐步連接。4）一定要搞清楚接地方法，還是采用浮空不接。5）開(kāi)始運(yùn)行的半小時(shí)要密切觀察電機(jī)的狀態(tài)，如運(yùn)動(dòng)是否正常，聲音和溫升情況，發(fā)現(xiàn) 問(wèn)題立即停機(jī)調(diào)整。7, 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，有時(shí)動(dòng)一下就不動(dòng)了或原地來(lái)回動(dòng)，運(yùn)行時(shí)有時(shí)還會(huì)失步，是 什么問(wèn)題？一般要考慮以下方面作檢查：1）電機(jī)力矩是否足夠大，能否帶動(dòng)負(fù)載，因此我們一般推薦用戶選型時(shí)要選用力矩比實(shí) 際需要大50%100的電機(jī)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)不能過(guò)負(fù)載運(yùn)行，哪怕是瞬間，都會(huì)造成失步，

6、嚴(yán)重時(shí)停轉(zhuǎn)或不規(guī)則原地反復(fù)動(dòng)。2） 上位控制器來(lái)的輸入走步脈沖的電流是否夠大（一般要 >10mA，以使光耦穩(wěn)定導(dǎo)通， 輸入的頻率是否過(guò)高，導(dǎo)致接收不到，如果上位控制器的輸出電路是 CMO電路，則也要 選用CMO輸入型的驅(qū)動(dòng)器。3）啟動(dòng)頻率是否太高，在啟動(dòng)程序上是否設(shè)置了加速過(guò)程，最好從電機(jī)規(guī)定的啟動(dòng)頻率 開(kāi)始加速到設(shè)定頻率，哪怕加速時(shí)間很短，否則可能就不穩(wěn)定，甚至處于惰態(tài)。4）電機(jī)未固定好時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)此狀況，則屬于正常。因?yàn)?，?shí)際上此時(shí)造成了電機(jī)的強(qiáng)烈共振而導(dǎo)致進(jìn)入失步狀態(tài)。電機(jī)必須固定好。5）對(duì)于5相電機(jī)來(lái)說(shuō)，相位接錯(cuò)，電機(jī)也不能工作。8，我想通過(guò)通訊方式直接控制伺服電機(jī)，可以嗎？可

7、以的，也比較方便，只是速度問(wèn)題，用于對(duì)響應(yīng)速度要求不太高的應(yīng)用。如果要求快速的響應(yīng)控制參數(shù)，最好用伺服運(yùn)動(dòng)控制卡，一般它上面有DSP和高速度的邏輯處理電路，以實(shí)現(xiàn)高速高精度的運(yùn)動(dòng)控制。如 S加速、多軸插補(bǔ)等。9，用開(kāi)關(guān)電源給步進(jìn)和直流電機(jī)系統(tǒng)供電好不好？一般最好不要，特別是大力矩電機(jī)，除非選用比需要的功率大一倍以上的開(kāi)關(guān)電源。因?yàn)?電機(jī)工作時(shí)是大電感型負(fù)載，會(huì)對(duì)電源端形成瞬間的高壓。而開(kāi)關(guān)電源的過(guò)載性能不好， 會(huì)保護(hù)關(guān)斷，且其精密的穩(wěn)壓性能又不需要，有時(shí)可能造成開(kāi)關(guān)電源和驅(qū)動(dòng)器的損壞?？?以用常規(guī)的環(huán)形或R型變壓器變壓的直流電源。10, 我想用土 10V或420mA勺直流電壓來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，可

8、以嗎？可以，但需要另外的轉(zhuǎn)換模塊。11, 我有一個(gè)的伺服電機(jī)帶編碼器反饋，可否用只帶測(cè)速機(jī)口的伺服驅(qū)動(dòng)器控制？可以，需要配一個(gè)編碼器轉(zhuǎn)測(cè)速機(jī)信號(hào)模塊。12，伺服電機(jī)的碼盤(pán)部分可以拆開(kāi)嗎？禁止拆開(kāi)，因?yàn)榇a盤(pán)的石英片很容易破裂，且進(jìn)入灰塵后，壽命和精度都將無(wú)法保證，需 要專業(yè)人員檢修。13, 步進(jìn)和伺服電機(jī)可以拆開(kāi)檢修或改裝嗎？不要，最好讓廠家去做，拆開(kāi)后沒(méi)有專業(yè)設(shè)備很難安裝回原樣，電機(jī)的轉(zhuǎn)定子間的間隙無(wú) 法保證。磁鋼材料的性能被破壞，甚至造成失磁，電機(jī)力矩大大下降。14, 幾臺(tái)伺服電機(jī)可以作同步運(yùn)行嗎？我們的產(chǎn)品是可以的。15, 伺服控制器能夠感知外部負(fù)載的變化嗎？我們的產(chǎn)品是可以的，如遇到設(shè)定

9、阻力時(shí)停止、返回或保持一定的推力跟進(jìn)。16，可以將國(guó)產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)器或電機(jī)和國(guó)外優(yōu)質(zhì)的電機(jī)或驅(qū)動(dòng)器配用嗎？原則上是可以的，但要搞清楚電機(jī)的技術(shù)參數(shù)后才能配用，否則會(huì)大大降低應(yīng)有的效果，甚至影響長(zhǎng)期運(yùn)行和壽命。最好向供應(yīng)商咨詢后再?zèng)Q定。17,使用大于額定電壓值的直流電源電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)安全嗎 ？正常來(lái)說(shuō)這不是問(wèn)題，只要電機(jī)在所設(shè)定的速度和電流極限值運(yùn)行。因?yàn)殡姍C(jī)速度與電機(jī) 線電壓成正比，因此選擇某種電源電壓不會(huì)引起過(guò)速，但可能發(fā)生驅(qū)動(dòng)器等故障。此外,必須保證電機(jī)符合驅(qū)動(dòng)器的最小電感系數(shù)要求，而且還要確保所設(shè)定的電流極限值小于或 等于電機(jī)的額定電流。事實(shí)上，如果你能在你設(shè)計(jì)的裝置中讓電機(jī)跑地比較慢的話（低于

10、額定電壓），這是很好的。以較低的電壓（因此比較低的速度）運(yùn)行會(huì)使得電刷運(yùn)轉(zhuǎn)反彈較少，而且電刷/換向 器磨損較小，比較低的電流消耗和比較長(zhǎng)的電機(jī)壽命。另一方面，如果電機(jī)大小的限制和性能的要求需要額外的轉(zhuǎn)矩及速度，過(guò)度驅(qū)動(dòng)電機(jī)也是可以的，但會(huì)犧牲產(chǎn)品的使用壽 命。18，我如何為我的應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)墓╇婋娫?？推薦選擇電源電壓值比最大所需的電壓高 10%-50%此百分比因Kt, Ke,以及系統(tǒng)的電壓 降而不同。驅(qū)動(dòng)器的電流值應(yīng)該足夠傳送應(yīng)用所需的能量。記住驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓值與供 電電壓不同，因此驅(qū)動(dòng)器輸出電流也與輸入電流不相同。為確定合適的供電電流，需要計(jì) 算此應(yīng)用所有的功率需求，再增加 5%按I =

11、 P/V公式計(jì)算即可得到所需電流值。19, 對(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)器我可以選擇那種工作方式？請(qǐng)見(jiàn)下表（以下模式并不全部存在于所有型號(hào)的驅(qū)動(dòng)器中）開(kāi)環(huán)模式輸入命令電壓控制驅(qū)動(dòng)器的輸出負(fù)載率。此模式用于無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，和有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電壓模式相同。電壓模式輸入命令電壓控制驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓。此模式用于有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，和無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)環(huán)模式相同。電流模式（力矩模式）輸入命令電壓控制驅(qū)動(dòng)器的輸出電流（力矩）。驅(qū)動(dòng)器調(diào)整負(fù)載率以保持命令電流值。如果驅(qū)動(dòng)器可以速度或位置環(huán)工作，一般都含有此模式。IR補(bǔ)償模式輸入命令控制電機(jī)速度。IR補(bǔ)償模式可用于控制無(wú)速度反饋裝置電機(jī)的速度。驅(qū)動(dòng)器會(huì)調(diào)整負(fù)載率來(lái)補(bǔ)償輸出電流的變

12、動(dòng)。當(dāng)命令響應(yīng)為線性時(shí)，在力矩?cái)_動(dòng)情 況下，此模式的精度就比不上閉環(huán)速度模式了。Hall速度模式輸入命令電壓控制電機(jī)速度。此模式利用電機(jī)上hall傳感器的頻率來(lái)形成速度閉環(huán)。 由于hall傳感器的低分辨率，此模式一般不用于低速運(yùn)動(dòng)應(yīng)用。編碼器速度模式輸入命令電壓控制電機(jī)速度。此模式利用電機(jī)上編碼器脈沖的頻率來(lái)形成速度閉環(huán)。由于編碼器的高分辨率，此模式可用于各種速度的平滑運(yùn)動(dòng)控制。測(cè)速機(jī)模式輸入命令電壓控制電機(jī)速度。此模式利用電機(jī)上模擬測(cè)速機(jī)來(lái)形成速度閉環(huán)。由于直流測(cè)速機(jī)的電壓為模擬連續(xù)性，此模式適合很高精度的速度控制。當(dāng)然，在 低速情況下，它也容易受到干擾。模擬位置環(huán)模式（ANP模式）輸入命令

13、電壓控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。這其實(shí)是一種在模擬裝置中提供位置反饋的變化的速度模式（如可調(diào)電位器、變壓器等）。在此模式下，電 機(jī)速度正比于位置誤差。且具有更快速的響應(yīng)和更小的穩(wěn)態(tài)誤差。20, 驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)如何接地？a. 如果在交流電源和驅(qū)動(dòng)器直流總線（如變壓器）之間沒(méi)有隔離的話，不要將直流總線 的非隔離端口或非隔離信號(hào)的地接，這可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞和人員傷害。因?yàn)榻涣鞯墓?電壓并不是對(duì)的，在直流總線地和之間可能會(huì)有很高的電壓。b. 在多數(shù)伺服系統(tǒng)中，所有的公共地和在信號(hào)端是接在一起的。多種連接方式產(chǎn)生的地 回路很容易受噪音影響而在不同的參考點(diǎn)上產(chǎn)生電流。c. 為了保持命令參考電壓的恒定，要將驅(qū)動(dòng)器的

14、信號(hào)地接到控制器的信號(hào)地。它也會(huì)接到外部電源的地，這將影響到控制器和驅(qū)動(dòng)器的工作（如：編碼器的5V電源）。d. 屏蔽層接地是比較困難的，有幾種方法。正確的屏蔽接地處是在其電路部的參考電位 點(diǎn)上。這個(gè)點(diǎn)取決于噪聲源和接收是否同時(shí)接地，或者浮空。要確保屏蔽層在同一個(gè)點(diǎn)接 地使得地電流不會(huì)流過(guò)屏蔽層。21，減速器為什么不能和電機(jī)正好相配在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩點(diǎn) ？如果考慮到電機(jī)產(chǎn)生的經(jīng)過(guò)減速器的最續(xù)轉(zhuǎn)矩，許多減速比會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)減速器的轉(zhuǎn)矩等級(jí)。如果我們要設(shè)計(jì)每個(gè)減速器來(lái)匹配滿轉(zhuǎn)矩， 減速器的部齒輪會(huì)有太多組合（體積較大、 材料多）。這樣會(huì)使得產(chǎn)品價(jià)格高，且違反了產(chǎn)品的“高性能、小體積”原則。22，我如何選擇使用行

15、星減速器還是正齒輪減速器 ？行星減速器一般用于在有限的空間里需要較高的轉(zhuǎn)矩時(shí)，即小體積大轉(zhuǎn)矩，而且它的可靠 性和壽命都比正齒輪減速器要好。正齒輪減速器則用于較低的電流消耗，低噪音和高效率 低成本應(yīng)用。部分伺服驅(qū)動(dòng)器故障檢查方法參考：現(xiàn)象可能原因糾正方法示波器檢查驅(qū)動(dòng)器的電流監(jiān)控輸出端時(shí)，發(fā)現(xiàn)它全為噪聲，無(wú)法讀出電流監(jiān)控輸出端沒(méi)有與交流電源相隔離（變壓器）可以用直流電壓表檢測(cè)觀察電機(jī)在一個(gè)方向上比另一個(gè)方向跑得快無(wú)刷電機(jī)的相位搞錯(cuò)檢測(cè)或查出正確的相位在不用于測(cè)試時(shí)，測(cè)試/偏差開(kāi)關(guān)打在測(cè)試位置將測(cè)試/偏差開(kāi)關(guān)打在偏差位置偏差電位器位置不正確重新設(shè)定電機(jī)失速速度反饋的極性搞錯(cuò)可以嘗試以下方法：1.

16、如果可能，將位置反饋極性開(kāi)關(guān)打到另一位置。（某些驅(qū)動(dòng)器上可以）2. 如使用測(cè)速機(jī)，將驅(qū)動(dòng)器上的 TACH和TACH對(duì)調(diào)接入。3. 如使用編碼器，將驅(qū)動(dòng)器上的 ENC A和ENC B對(duì)調(diào)接入。4. 如在HALL速度模式下，將驅(qū)動(dòng)器上的 HALL-1和HALL-3對(duì)調(diào)，再將Motor-A和 Motor-B對(duì)調(diào)接好。編碼器速度反饋時(shí)，編碼器電源失電檢查連接5V編碼器電源。確保該電源能提供足夠的電流。如使用外部電源，確保該電壓是對(duì)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)地的。LED燈是綠的,但是電機(jī)不動(dòng)一個(gè)或多個(gè)方向的電機(jī)禁止動(dòng)作檢查+INHIBIT和INHIBIT 端口命令信號(hào)不是對(duì)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)地的將命令信號(hào)地和驅(qū)動(dòng)器信號(hào)地相連上

17、電后，驅(qū)動(dòng)器的LED燈不亮供電電壓太低，小于最小電壓值要求檢查并提高供電電壓當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，LED燈閃爍 HALL相位錯(cuò)誤檢查電機(jī)相位設(shè)定開(kāi)關(guān)（60 ° /120 ° ）是否正確。 多數(shù)無(wú)刷電機(jī)都是120°相差。HALL傳感器故障當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)檢測(cè)Hall A, Hall B, Hall C的電壓。電壓值應(yīng)該在5VDCB 0 之間。LED燈始終保持紅色存在故障原因：過(guò)壓、欠壓、短路、過(guò)熱、驅(qū)動(dòng)器禁止、HALL無(wú)效23， 何為負(fù)載率（duty cycle）?負(fù)載率（duty cycle）是指電機(jī)在每個(gè)工作周期的工作時(shí)間/ （工作時(shí)間+非工作時(shí)間）的比 率。如果負(fù)載率低，

18、就允許電機(jī)以 3倍連續(xù)電流短時(shí)間運(yùn)行，從而比額定連續(xù)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生 更大的力量。24, 標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路可以用于直線電機(jī)嗎？一般都是可以的。你可以把直線電機(jī)就當(dāng)作旋轉(zhuǎn)電機(jī)，如直線步進(jìn)電機(jī)、有刷、無(wú)刷和交 流直線電機(jī)。具體請(qǐng)向供應(yīng)商咨詢。25, 直線電機(jī)是否可以垂直安裝，做上下運(yùn)動(dòng)？可以。根據(jù)用戶的要求，垂直安裝時(shí)我們可以加裝動(dòng)子滑塊平衡裝置或加裝導(dǎo)軌抱閘剎車。26, 在同一個(gè)平臺(tái)上可以安裝多個(gè)動(dòng)子嗎？ 可以。只要幾個(gè)動(dòng)子之間不互相妨礙即可。27，是否可以將多個(gè)無(wú)刷電機(jī)的動(dòng)子線圈安裝于同一個(gè)磁軌道上？ 可以。只要幾個(gè)動(dòng)子之間不互相妨礙即可。28, AMS勺直線電機(jī)是否可以用于特殊環(huán)境，如水濺、

19、真空、潔凈室、輻射等環(huán)境？ 可以提供。具體請(qǐng)與我們聯(lián)系。29，使用直線電機(jī)比滾珠絲桿的線性電機(jī)有何優(yōu)點(diǎn)？由于定子和動(dòng)子之間沒(méi)有機(jī)械連接，所以消除了背隙、磨損、卡死問(wèn)題，運(yùn)動(dòng)更加平滑。 突出了更高精度、高速度、高加速度、響應(yīng)快、運(yùn)動(dòng)平滑、控制精度高、可靠性好體積緊 湊、外形高度低、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)等特點(diǎn)。30，你們的滑臺(tái)可以做多個(gè)組合一起使用嗎？ 是的。可以組合為XY, XZ, YZ, XYZ及其它靈活組合。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇與計(jì)算葉文卿（眉山職業(yè)技術(shù)學(xué)院眉山620020 ）【摘 要】本文以C616車床改為開(kāi)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(dòng)機(jī)提 供了可靠易行的計(jì)算方法和步驟?！娟P(guān)

20、鍵字】轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載起動(dòng)性能各功數(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(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的規(guī)格型號(hào)，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?dòng)機(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)，能模塊都要與電動(dòng)機(jī)相匹配，這里以用普通車床C616改為簡(jiǎn)易數(shù)控車床為例。說(shuō)明步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算過(guò)程。1 c616車床的各參數(shù)1. 1改進(jìn)后的傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)易數(shù)控車床即開(kāi)環(huán)式控制將c616車床的縱向進(jìn)給系統(tǒng)常采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾軸絲桿，帶動(dòng)裝有刀架的拖板作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。其工作原理如圖改進(jìn)后的車床傳動(dòng)系統(tǒng)1. 小刀架2.橫向步進(jìn)電動(dòng)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(dòng)機(jī)1.

21、2各參數(shù)各拖板重量 w=1500N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(dòng)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(dòng)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 V =10500毫米/分1.2.6 車刀空行程速度 V2 =200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 do =30毫米1.2.9 絲桿總長(zhǎng)L=1000毫米1.2.10 定位精度0.01毫米2確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)2.1脈沖當(dāng)量的選擇脈沖當(dāng)量：一個(gè)指令脈沖

22、使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)拖動(dòng)的移動(dòng)距離=0。01mm/p （輸入一個(gè)指令脈沖工作臺(tái)移動(dòng)0.01毫米）初選之相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角0.75 0 /1.5 0 ,當(dāng)三相六拍運(yùn)行時(shí)，步距角£=0.75°其每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)3600S= =480 p/r0.75步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿間的傳動(dòng)比ii= =6=1.25s 0.01 480乙=20, Z2 =25模數(shù)m=2.5的一對(duì)齒輪。齒輪的模數(shù)根據(jù)c616車在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿之間加 床，掛輪齒類比確定。2.2等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算0.06 1500空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩Tlfuwl Tlf =2 si0.0062 3.14 0.8 1.25222車削加工時(shí)

23、的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TlFz u(w Fy)L=1400 0.06(1500 2800)0.006 2 3.1416 0.8 1.25u-_摩擦系數(shù)w 拖i板重L-導(dǎo)程i- 傳動(dòng)比Fz-最走刀抗力Fy -最大切削力(N)S-滾動(dòng)絲桿傳動(dòng)效率2.3等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JsJs=d：lp323.14 (0.032)41 7.85 103328.1 10 4 Kg.m2拖板的運(yùn)動(dòng)慣量1400 (0.006)29.8 (21.2 10 kg.m大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jg2 （大齒接圓直徑 62.5毫米 寬10毫米）Jg2 =D4bp32433.14 (0.0625)0.017.85 10321.76

24、 10 4 kg.m2小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)慣量Jl443J g1D bp 3.14 (0.05)0.012 7.85 105,25.78 10 kg.m 3232換算到電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JlJLJg1JSJWJg2L2=5.781058.110 4441.28 101.76 101.252=7.3310-4Kg.m22.4初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)根據(jù)車削時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)距Tl和電動(dòng)機(jī)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jl=7.33x10 -4,初步選定電動(dòng)型號(hào)為 110BF003反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)的最大靜扭距，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jm=4.7 10-4 kg.m

25、2為了使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)能力及較快的響應(yīng)速度應(yīng)為：Tmax及JlJM42TLTmax8.1 5.12Tl1.584J,7.33 10 41.6 4J M4.7 10 4空載時(shí)起動(dòng)時(shí)間計(jì)算（t a)110BF003步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最小加、減速度時(shí)間為帶慣性負(fù)載的最大起動(dòng)頻率fL的計(jì)算Jl15001 1.6930HZfm電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率2.4.2帶慣性負(fù)載的最大轉(zhuǎn)速nmfl 600.75°930 603603600116轉(zhuǎn)/分2.4.3帶慣性負(fù)載起動(dòng)力矩Tm電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩Tm=2.6N.M2.4.4 負(fù)載時(shí)起動(dòng)時(shí)間ta頻率特性曲線ta=0.1047-Jm 0.1047空 10447

26、10 行1160.0058sTm Ts(Jl2.6 0.086該電機(jī)帶慣性負(fù)載時(shí)能夠起動(dòng)2.5速度驗(yàn)算2.5.1空行程快速移動(dòng)速度的驗(yàn)算從電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩-頻率特性曲線查得 fma>=6000HZ時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 0.9N.M>Tlf=0.086N.M （空載 時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩）f max6xl0.75 6000 63600mm/min 300mm/min6 1.25工作行程速度計(jì)算當(dāng)Tl時(shí)，電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)頻率 f 3000HZfl 0.75 3000 6 1800mm/ min 500mm/min6xl 6 1.25以上計(jì)算，選該型號(hào)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，無(wú)論是起動(dòng)性能，還是空行程快速進(jìn)給，還是工作行

27、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NFc=F z 0.5FC（車刀主偏角900,零件材料45#鋼）3.23.33.4T MJ M3.5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計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)換算到電機(jī)軸上的總慣量J L初選步進(jìn)電動(dòng)型號(hào)：2Tl匹4校核電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能，驗(yàn)算空行程速度和工作行程速度選定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)后，步進(jìn)電動(dòng)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(dòng)電源模塊型號(hào) 的選擇提供依據(jù)?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】（補(bǔ)充完整）格式要求：作者書(shū)名名稱出版日期【1】機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)【2】數(shù)控車床原理.【3】金屬切削手冊(cè).【4】

28、工程力學(xué).【5】機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖 電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量 低、定位精度高、無(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝 機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電 機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可

29、靠。在實(shí)際工作過(guò)程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的圍。一般地說(shuō)最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳 動(dòng)過(guò)程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來(lái)完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī) 的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算：（1）計(jì)算齒輪的減速比 根據(jù)所要求脈沖

30、當(dāng)量，齒輪減速比i計(jì)算如下：i=（ $ .S）/（360.） （1-1）式中$ -步進(jìn)電機(jī)的步距角（0/脈沖）S -絲桿螺距（mm） -（mm/ 脈沖）（2）計(jì)算工作臺(tái)，絲桿以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量Jt。Jt=J1+ （ 1/i2）（J2+Js）+W/g （S/2 n ）2（ 1-2）式中Jt -折算至電機(jī)軸上的慣量（J1、J2 - 齒輪慣量（Js -絲桿慣量（工作臺(tái)重量（N）S -絲桿螺距（cm）（3 ）計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩MM=Ma+Mf+Mt（ 1-3）Ma= （Jm+Jt）.n/T x 1.02 x 10 - 2（ 1-4 ）式中Ma -電機(jī)啟動(dòng)加速力矩（N.m）Jm、Jt-電機(jī)自

31、身慣量與負(fù)載慣量（n-電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（r/min ）T-電機(jī)升速時(shí)間（s）nn i） X 10 - 2（ 1-5 ）Mf-導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（N.m）u-摩擦系數(shù)n -傳遞效率Mt=（Pt.s）/（2 nn i） X 10- 2（1-6 ）Mt-切削力折算至電機(jī)力矩（N.m）Pt-最大切削力（N）（4）負(fù)載起動(dòng)頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機(jī)的啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為fq=fqO（1-（Mf+Mt）/MI ）- （1+Jt/Jm） 1/2（ 1-7 ）式中fq-帶載起動(dòng)頻率（Hz）fqO-空載起動(dòng)頻率Ml-起動(dòng)頻率下由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩（N.m）若負(fù)載參數(shù)無(wú)

32、法精確確定，則可按fq=1/2fq0進(jìn)行估算.（5）運(yùn)行的最高頻率與升速時(shí)間的計(jì)算。由于電機(jī)的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻 率時(shí)，由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并留有足夠的余量。（6） 負(fù)載力矩和最大靜力矩Mmax負(fù)載力矩可按式（1-5 ）和式（1-6 ）計(jì)算，電機(jī)在最大進(jìn)給速度時(shí)，由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩要大于Mf與Mt之和，并留有余量。一般來(lái)說(shuō)，Mf與Mt之和應(yīng)小于（0.2 0.4）Mmax.步進(jìn)電機(jī)的選擇（一）步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn) 電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了。1、步距角的選擇電機(jī)的步距角取決于負(fù)

33、載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角 一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度（三相電機(jī)）等。2、靜力矩的選擇步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮， 摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的 定下來(lái)（幾何尺寸）3、電流的選擇靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流

34、參數(shù)不同， 電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮2-3倍好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷綜上所述選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循以下步驟：4、力矩與功率換算步進(jìn)電機(jī)一般在較大圍調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來(lái)衡量，力矩與功率換算如下：P=Q =2 n n/60P=2n nM/6 0其P為功率單位為瓦，Q 為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓米P=2n fM/400（半步工作）其中f為每秒脈沖數(shù)（簡(jiǎn)稱 PPS）（二）、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用中的注意點(diǎn)1步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合 -每分鐘轉(zhuǎn)

35、速不超過(guò)1000轉(zhuǎn)，（0.9度時(shí)6666PPS）,最好在1000-3000PPS（0.9度）間使用，可通過(guò)減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。2、步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。3、 由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12V電壓的電機(jī)使用12V外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源，不過(guò)要考慮溫升。4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。5、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采

36、用逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。6、高精度時(shí)，應(yīng)通過(guò)機(jī)械減速、提高電機(jī)速度，或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來(lái)解決，也可以采用5相電機(jī)，不過(guò)其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說(shuō)法是外行話。7、電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)工作，如若必須可通過(guò)改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。8、電機(jī)在600PPS（ 0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。9、應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。原文縮略主要設(shè)計(jì)容（一）總體方案的確定根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)確定系統(tǒng)的總體機(jī)械和控制系統(tǒng)方案：進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方案的確定，伺服電機(jī) 類型及調(diào)速方案確定，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選

37、擇。進(jìn)行方案的分析、比較和論證。1. 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到運(yùn)動(dòng)精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。2. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用MCS-51系列中的8031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機(jī)的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，性價(jià)比高。控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤(pán)及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。3. X 丫工作臺(tái)的傳動(dòng)方式為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有

38、預(yù)加 載荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和工作載荷不大，故選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺(tái)的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。 考慮電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求，以及考慮步進(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動(dòng)。論文目錄目錄畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和意義畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目及要求三. 進(jìn)度安排2四. 主要設(shè)計(jì)容21）總體方案的確定22） 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 33） 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)64） 系統(tǒng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 10參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)：1.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)建民等編著高等教育2.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)指導(dǎo)傅曉林編3.P rotel電路設(shè)計(jì)教程江思敏胡榮等編著高等教育4.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)吳宗澤羅圣國(guó)主編高等教

39、育5.微機(jī)原理及接口技術(shù)甘娜馬瑞芳剛主編交通大學(xué)6. 機(jī)械設(shè)計(jì) 濮良貴 紀(jì)名剛 主編 高等教育7. 單片機(jī)基礎(chǔ) 廣第編著航空航天大學(xué)8電路邱關(guān)源主編 高等教育步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)比較選擇2007-01-20 13:15步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國(guó)的 數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺 服電機(jī)也越來(lái)越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)控制系 統(tǒng)多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似 （脈沖串和方向信號(hào)），但在使用性能和應(yīng)用場(chǎng)合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用 性能作一比較。1. 控制精度不同兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 3.6 °、1.8 ° ，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72°、0.36。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，其步距角為0.09 °