用步進(jìn)電機(jī)控制C6132橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2007級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)設(shè)計(jì)題目用步進(jìn)電機(jī)控制C6132橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)目錄第一部分畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求2一、畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的2二、畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求2三、畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目2第二部分總體設(shè)計(jì)思想3一、數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)中的地位和作用3二、設(shè)計(jì)任務(wù)4三、總體設(shè)計(jì)方案確定4第三部分機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算5第四部分機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算6一、確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量6二、切削力計(jì)算6三、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型7四、進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)齒輪間隙的消除12五、進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算13六、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14第五部分微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)16一、單片微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容概述16二、MCS--51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介17三、MCS-51系列指令條統(tǒng)簡(jiǎn)介17四、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器17五、中斷系統(tǒng)17六、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)17七、I/O接口電路及輔助電路設(shè)計(jì)19八、設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求21第六部分步進(jìn)電動(dòng)機(jī)22一、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本工作原理22二、單段反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)23三、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性25第七部分設(shè)計(jì)心得 29第八部分參考文獻(xiàn)30第一部分任務(wù)和要求畢業(yè)設(shè)計(jì)是教學(xué)中集中體現(xiàn)理論與實(shí)踐良好結(jié)合的一個(gè)極其重要的環(huán)節(jié)。為確保此次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作規(guī)范、有序地進(jìn)行、保證工作的質(zhì)量，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合實(shí)際情況，特制定本次設(shè)計(jì)的實(shí)施細(xì)則。一、畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的1、培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論，基本知識(shí)和基本技能，提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。2、接受工程師必須的綜合訓(xùn)練，提高實(shí)際工作的綜合能力。3、檢驗(yàn)學(xué)生綜合素質(zhì)與實(shí)踐能力，是學(xué)生畢業(yè)認(rèn)證的重要依據(jù)。二、畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求1、按時(shí)完成所規(guī)定的內(nèi)容和工作量，編寫(xiě)符合要求的設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，并正確繪制機(jī)械、電氣等工程圖紙，獨(dú)立編寫(xiě)一份畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。2、依據(jù)課題任務(wù)，進(jìn)行資料收集、加工、整理和正確使用工具書(shū)；掌握有關(guān)工程設(shè)計(jì)的程序、方法和技術(shù)規(guī)范，鍛煉分析與解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。3、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)包括與設(shè)計(jì)題目相關(guān)的闡述說(shuō)明及計(jì)算，內(nèi)容完整，文字順暢。4、畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙能較好的的表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，圖面整潔，符合制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，提倡計(jì)算機(jī)繪圖。5、在完成設(shè)計(jì)的每一項(xiàng)之后，須由指導(dǎo)教師審核。三、設(shè)計(jì)題目用步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)控制C6132橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。第二部分設(shè)計(jì)思想一、數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)中的地位和作用1、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)1）采用數(shù)控機(jī)床可以提高零件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)里，因?yàn)閿?shù)控機(jī)床是按照預(yù)定的加工程序自動(dòng)進(jìn)行加工，加工過(guò)程消除了操作者人為的操作誤差，所以零件加工的一致性好，精度高。2）數(shù)控機(jī)床可以完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工。因此數(shù)控機(jī)床在宇航、造船、模具等加工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。3）采用數(shù)控機(jī)床比普通機(jī)床可以提高生產(chǎn)效率2--3倍，尤其對(duì)某些復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)效率可提高十幾倍至幾十倍。4）可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，一些數(shù)控機(jī)床將幾種普通機(jī)床功能（如鉆、鏜、銑）合一，加上刀具自動(dòng)交換系統(tǒng)構(gòu)成加工中心；如果能配置數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)或分度轉(zhuǎn)臺(tái)，則可以實(shí)現(xiàn)一次安裝，多面加工，這時(shí)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床可代替5--7臺(tái)普通機(jī)床，井節(jié)省了廠房面積。5）采用數(shù)控機(jī)床有利于向計(jì)算機(jī)控制與管理生產(chǎn)方面發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。2、數(shù)控機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用數(shù)控機(jī)床可以較好地解決形狀復(fù)雜，精密，小批多變零件的加工問(wèn)題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率。但是數(shù)控機(jī)床價(jià)格比較昂貴，一次性投資大，對(duì)中小企業(yè)常是心有余而力不足；在國(guó)內(nèi)訂購(gòu)數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng)，往往不能滿足生產(chǎn)急需，通用數(shù)控機(jī)床對(duì)其體生產(chǎn)多余功能，而且目前各企業(yè)都有大里普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不可能，而且替代下的機(jī)床閑置起來(lái)又會(huì)造成浪費(fèi)，因此，要較好地解決上述問(wèn)題，應(yīng)走普通機(jī)床數(shù)控化改造之路，機(jī)床數(shù)控化改造一般是指對(duì)普通機(jī)床某些都位做一定的改造，配上數(shù)控裝置，從而使機(jī)床具有數(shù)控加工能力，其改造的目的有：1）從提高資本效率出發(fā)，改造閑置的舊設(shè)備，發(fā)揮機(jī)床原有功能和改造后的新增功能，提高機(jī)床的使用價(jià)值；2）為了提高生產(chǎn)率進(jìn)行數(shù)控化改造：3）為了造應(yīng)多品種，小批量零件生產(chǎn)而進(jìn)進(jìn)行數(shù)控化改造；4）為了使技術(shù)等級(jí)低的工人也能加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品零件和提高生產(chǎn)效率而進(jìn)行數(shù)控化改造；5）為了減小整個(gè)設(shè)備投資，而進(jìn)行數(shù)控化改造。因此，數(shù)控化改造具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）數(shù)控化改造周期短，可滿足生產(chǎn)急需；2）數(shù)控改造費(fèi)用低，可充分利用原有機(jī)床設(shè)備；3）降低了對(duì)工人的技術(shù)等級(jí)要求；4）減少了輔助加工時(shí)間，提高了機(jī)床的生產(chǎn)效率；5）易于對(duì)現(xiàn)有機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且專業(yè)性強(qiáng)，設(shè)有多余功能不造成浪費(fèi)二、設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)C6132型普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，利用微機(jī)對(duì)橫向進(jìn)給系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制。橫向進(jìn)給系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量分別為0.01mm/step、0.005mm/step，驅(qū)動(dòng)元件采用直流電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠。三、設(shè)計(jì)方案確定橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造。保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于微進(jìn)給和機(jī)床刀具的對(duì)零操作，原有的支承結(jié)構(gòu)也保留。步進(jìn)電機(jī)齒輪箱體安裝在機(jī)床后側(cè)。第三部分機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算將一臺(tái)C6132普通車床改造成數(shù)控車床，采用MCS--51系列單片機(jī)控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，具有升降速控制功能。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：最大回轉(zhuǎn)直徑：ф320mm最大加工長(zhǎng)度：640mm移動(dòng)步件重盤(pán)：橫向500N刀架快進(jìn)速度：橫向1.2m/min最大進(jìn)給速度：橫向0.3m/min主電機(jī)功率：4KW起動(dòng)加速時(shí)間：25ms機(jī)床定位精度：0.015mm機(jī)床效率：0.8第四部分機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算4－1確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量一個(gè)進(jìn)給脈沖，使機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量，你為脈沖當(dāng)量，也稱為機(jī)床的最小設(shè)定單位，脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床銑床常采用的脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床銑床常采用的脈沖當(dāng)量是0.01—0.005mm/脈沖，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控磨床經(jīng)常采用脈沖當(dāng)量為0.002--0.001mm脈沖當(dāng)里有時(shí)也由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中直接給出。4－2切削力計(jì)算在設(shè)計(jì)機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)時(shí)，計(jì)算傳動(dòng)和導(dǎo)向元件，選用伺服電機(jī)等都需要用到切削力，此處列舉三種常用的計(jì)算切削力方法。用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算方切削力例如車床的主切削力Fz（N）可用下式計(jì)算Fz（N）=0.67=0.67x320max1.5=3835.3(N)1.縱切外圓:式中車床身上加工最大直徑單位為mm橫切端面時(shí)主切削力可取縱切時(shí)Fz的1/2。求出主切削力Fz以后再按以下比例分別求出分力Fx和FyFz：Fx：Fy=1:0.25:0.4式中Fx一一縱向走刀方向的切削分力（N）Fy一一橫向走刀方向的切削分力（N)橫切時(shí)的切削力可取縱切時(shí)1/2。按切削力各分力比例：FZ：Fx：Fy=1：0.25：0.4Fx=0.24X3835.3=938.5Fy=0.24X3835.3=1534橫切端面:主切削力FZ'（N）可取縱切的1/2FZ'=1/2FZ=1917.65(N)此時(shí)走刀抗力為Fy'（N），吃刀抗力為Fx'，仍按上太述雙例粗略計(jì)算：FZ':Fy':Fx'=1:0.25:0.4Fx'=479.4(N)Fy'=761.7(N)4－3滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)首先要選擇結(jié)構(gòu)類型：確定滾珠絲杠副的預(yù)緊方式。結(jié)構(gòu)類型確定之后，再計(jì)算和確定其他技術(shù)參數(shù)，包括：公稱直徑以d0（或絲杠外徑d)、導(dǎo)程Lo、滾珠的工作圈數(shù)j、列數(shù)K。滾珠循環(huán)方式可為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，外循環(huán)又分為螺旋槽式和插管式。可參照?qǐng)D1選用。類型型式簡(jiǎn)圖循環(huán)滾珠鏈說(shuō)明特點(diǎn)外循環(huán)滾珠絲杠螺旋槽式在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔，同螺母的螺紋滾道相切，形成滾珠返回通道。為防止?jié)L珠脫落，螺旋槽用鋼套蓋住。在通孔口設(shè)有擋珠器，引導(dǎo)滾珠進(jìn)入通孔。擋珠器用圓鋼彎成弧形桿，并焊上螺栓，用螺帽固定在螺母上。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，螺母外徑尺寸較小缺點(diǎn)：螺旋槽同通孔不易連接準(zhǔn)確擋珠器剛性差、耐磨性差圖1滾珠循環(huán)方式類型型式簡(jiǎn)圖循環(huán)滾珠鏈說(shuō)明特點(diǎn)內(nèi)循環(huán)滾珠性杠型扁圓嵌塊式反向器與上述結(jié)構(gòu)的區(qū)別，只是用扁圓嵌塊式反向器代替目柱凸鍵式反向器。優(yōu)點(diǎn)：螺母軸向尺寸比I型??；結(jié)構(gòu)更緊湊。缺點(diǎn)：制造比I型困難。圖1滾珠循環(huán)方式滾珠絲杠副的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊、單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊以及過(guò)盈滾珠預(yù)緊等。本設(shè)計(jì)循環(huán)方式采用：外循環(huán)滾珠絲杠，螺旋槽式。滾珠絲杠副的計(jì)算步驟如下：一、計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm:作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的磨擦力。因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的型式有關(guān)．Fm（N）計(jì)算公式如下：矩形導(dǎo)軌：Fm=KFx+（Fx+Fy+G）燕尾形導(dǎo)軌：Fm=KFx+（Fx+2Fy+G）三角形或綜合導(dǎo)軌：F=KFx+（Fx+G）圓導(dǎo)軌（鉆鏜床主軸）式中Fx、Fy、Fz切削分力，（N）G移動(dòng)部件的重量，（N），G：溜板及刀架（橫向）重力G'=500(N)M主軸上的扭矩。（N.com）dz主軸直徑。導(dǎo)軌上的磨擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌型式而不同。f軸套和軸架以及主軸的鍵上磨擦系數(shù)。K考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)。在正常情況下，K,f及可取下列數(shù)值：矩形導(dǎo)軌K=1.1=0.15燕尾形導(dǎo)軌K=1.4=0.2三角形或綜合導(dǎo)軌K=1.1=0.15－0.18鉆鏜床主軸圓導(dǎo)軌f=0.15上列摩擦系數(shù)均是滑動(dòng)導(dǎo)軌,如果采用貼塑導(dǎo)軌=0.03--0.05;滾動(dòng)導(dǎo)軌=0.00250.005;靜壓導(dǎo)軌=0.0005調(diào)整方式簡(jiǎn)圖調(diào)整方法特點(diǎn)螺紋式調(diào)整端部的圓螺母，使螺母產(chǎn)生軸向位移結(jié)構(gòu)較緊緊湊，工作可靠，滾道磨損時(shí)，可隨時(shí)調(diào)整預(yù)緊量不很準(zhǔn)確應(yīng)用較普便。圖2滾珠絲杠副預(yù)緊方式本設(shè)計(jì)預(yù)緊方式采用螺紋式預(yù)緊。計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C選用滾珠絲杠副的直徑d0時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬(wàn)轉(zhuǎn)（106轉(zhuǎn)）后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能C=Wm承受的最大動(dòng)負(fù)載C，可用下式計(jì)算：式中L壽命，以106轉(zhuǎn)為一單位，n絲杠轉(zhuǎn)速，（r/min)，有下式計(jì)算Vs為最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/min），可以最高進(jìn)給速度的1/21/3Vs=0.3×?=0.15mmL0絲杠導(dǎo)程，(mm)；初選6mmT為使用壽命，（h）對(duì)于數(shù)控機(jī)床取T=150000h；—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，見(jiàn)表1．按一般運(yùn)轉(zhuǎn)選表1運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)無(wú)沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)1.0—1.2一般運(yùn)轉(zhuǎn)1.2—1.5有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)1.5—2.5從手冊(cè)或樣本的滾珠絲杠副的尺寸系列表中可以找出相應(yīng)的額定動(dòng)載荷的滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格和結(jié)構(gòu)類型，選用時(shí)應(yīng)<。三、傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率：式中T—絲杠螺旋長(zhǎng)升角；—摩擦角，滾珠絲杠的滾動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.003—0.004，其摩擦角約等于10’。一橫向進(jìn)給絲杠計(jì)算進(jìn)給率引力Fm(N)Fm=KF×f(Fz+G)=1.4×767.1×0.2×(1917.65+2×479.4+500)=1749.26(N)G：溜板及刀架（橫向）重力G'=500（N）K：考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)K=0.4f：滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.2計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載Cl0絲杠導(dǎo)程初選6mmVs為最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/mm）可取最高進(jìn)給予速度1/21/3Fw運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，選一般運(yùn)轉(zhuǎn)1.2~1.5,fw=1.2絲杠轉(zhuǎn)數(shù)n=1000Vs/l0=1000×0.15/6=25(r/min)壽命L壽－60Nt/l06=60×25×15000/106=22.5(h)3．最大動(dòng)負(fù)載CC=3√LfwF'm=3√22.5×1.2×1749.26=5926(N)選擇滾珠比杠螺母的選型：滾珠絲杠型號(hào)為：W1L傳動(dòng)效率和計(jì)算：滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率η=tgr/tg(r+Φ)=tg4。30'ΦΦη=/tg(4。３０’+10）=0.955四、滾珠絲杠副的標(biāo)注方法滾珠絲杠副的標(biāo)注方法如圖3所示。圖3滾珠絲杠副標(biāo)注方法例如：WD3005—左一表示外循環(huán)墊片調(diào)隙式的雙螺母滾珠絲杠母副，名義直徑為30nmm，導(dǎo)程為5mm,一個(gè)螺母工作滾珠為3.5圈，單列，B級(jí)精度（此精度等級(jí)為老標(biāo)準(zhǔn)），左旋，絲杠螺紋部分長(zhǎng)度為9000mm,絲杠總長(zhǎng)度為l000mm。需要說(shuō)明的是，目前國(guó)內(nèi)各廠家采用的標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)注方法均不一致，此處介紹的標(biāo)注方法是根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)的資料。4－4進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)齒輪間隙的消除數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)由于經(jīng)常處于自動(dòng)變向狀態(tài)，齒側(cè)間隙會(huì)造成進(jìn)給反向時(shí)丟失指令脈沖，并產(chǎn)生反向死區(qū)從而影響加工精度因此必須采取措施消除齒輪傳動(dòng)中的間隙。1．直齒圈柱齒輪傳動(dòng)圖4是最簡(jiǎn)單的偏心軸套或消除間隙結(jié)構(gòu)，電機(jī)2通過(guò)偏心套1裝到殼體上。通過(guò)傳動(dòng)偏心套就可調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消除齒側(cè)間隙。此方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能傳遞較大的動(dòng)力，但齒輪磨損后不能自動(dòng)消除間隙。圖4偏心套調(diào)整1偏心套2電機(jī)圖5為雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法，在一對(duì)嚙合的齒輪中，其中一個(gè)是寬齒輪（圖中標(biāo)出），另一個(gè)是由兩薄齒輪組成。薄片齒輪1和2上各開(kāi)有周向圓弧槽，并在兩齒輪的槽內(nèi)各壓配有安裝彈贊4的短圈柱3。在彈簧4的作用下使齒輪1和2錯(cuò)位，分別與寬齒輪的齒槽左、右側(cè)貼緊，消除了齒側(cè)間隙，但彈簧4的張力必須足以克服扭矩圖5雙片薄齒錯(cuò)齒調(diào)整1，2薄片齒輪3短圓柱4彈簧4－5進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算由于步進(jìn)電機(jī)的工作特點(diǎn)是一個(gè)脈沖走一步，每一步都有一個(gè)加速過(guò)程，因而對(duì)負(fù)載慣量很敏感。為滿足負(fù)載慣量盡可能小的要求，同時(shí)也為滿足一定的脈沖當(dāng)量，常采用齒輪降速傳動(dòng)。當(dāng)機(jī)床脈沖當(dāng)量滾珠絲杠導(dǎo)程確定以后，可以先初選步進(jìn)電機(jī)的步距角，用下式計(jì)算進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)比I=360×0.005/0.6×5=0.6式中—脈沖當(dāng)盒(mm/步）=0.005—滾珠絲杠的基本導(dǎo)程(mm)=5—步進(jìn)電機(jī)的步距角。初選。在步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中，以分?jǐn)?shù)形式給出兩個(gè)數(shù)，例如150BF002步距角/,其中是五相十拍，是五相五拍。計(jì)算出傳動(dòng)比以后，再根據(jù)降速級(jí)數(shù)決定一對(duì)或兩對(duì)齒輪的齒數(shù)、模數(shù)和各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。因?yàn)檫M(jìn)給伺服系統(tǒng)傳遞功率不大，一般取模數(shù)m=1—2，數(shù)控臺(tái)鉆x—y工作臺(tái)取m=1，數(shù)控車床，銑床可取m=2。由（、為降速齒輪的齒數(shù)）可計(jì)算和選取齒數(shù)。齒輪各部分幾何參數(shù)按表2計(jì)算。I=Z1/Z2=0.6所以選主動(dòng)輪Z1=24，從動(dòng)齒輪Z2=40計(jì)算：模數(shù)m=2齒頂高h(yuǎn)頂=m=2mm齒根高h(yuǎn)根=1.25mm全齒高h(yuǎn)=3.25mm齒形角a=20；周節(jié)t=6.28mm齒厚s=3.14mm齒間w=3.14mm主動(dòng)齒輪Z1=24D分l=Mzl=2×24=48齒頂圓直徑： D頂1=m(Z1+2)=56mm齒輪圓直徑：D根1=（Z1-2.5）=43mm從動(dòng)齒輪Z2=40D分2=80mmD頂2=84mmD根2=75mm中心距計(jì)算：A=0.5×(D分1+D分2)=0.5×(48+80)=64mm4－6進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算，己選定滾珠杠螺母副規(guī)格型號(hào)，步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，降速齒輪幾何參數(shù)之后，就可進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)和普通車床微機(jī)數(shù)控化改造設(shè)計(jì)中，應(yīng)該注意以下問(wèn)題：盡量減少普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)時(shí)的改動(dòng)量對(duì)于普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)時(shí)在滿足機(jī)床總體布局的前提下應(yīng)盡可能利用原來(lái)的零、部件，盡盤(pán)減少改動(dòng)。尤其是對(duì)機(jī)床上較大的部件，例如床身、床鞍、工作臺(tái)等，盡量利用原來(lái)的部件，只作少量的加工改造。這樣可以大大的降低成本，縮短制造周期。例如，CA6140（或C620)普通車床橫向進(jìn)給絲桿的名義直徑為22mm，改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)，橫向進(jìn)給滾珠絲杠直徑應(yīng)取20mm或25mm，這樣就可利用原來(lái)的大溜板和中溜板，不致因滾珠絲杠直徑選得太大，在原來(lái)空間里放不下．橫向進(jìn)給滾珠絲杠的支承應(yīng)利用溜板上安緊孔，并將此兩孔在鏜床上鏜大，放入軸承或軸承座，這樣既保證滾珠絲杠兩端支承同心，又利用了原有的溜板。這是很經(jīng)濟(jì)合理的?？v向進(jìn)給的齒輪箱可裝在床身上原來(lái)裝進(jìn)給箱的部位，靠尾座一端的軸承座就裝在床身上原來(lái)裝軸承的部位。在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，雖然結(jié)構(gòu)尺寸不像改造設(shè)計(jì)那樣限制嚴(yán)格，但也應(yīng)參考同類型機(jī)床。在初步計(jì)算以后，再進(jìn)行類比，使結(jié)構(gòu)尺寸比較緊湊合理。要求設(shè)計(jì)完整清楚的進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)裝配圖在設(shè)計(jì)繪制進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)裝配圖時(shí)，要求視圖完整，按一定的比例畫(huà)出主視圖，向視圖和必要的剖面圖。要能清楚完整地表達(dá)出裝配圖中每一零件的幾何形狀和尺寸應(yīng)能拆出零件圖，圖中需標(biāo)出必要的尺寸和配合，例如：電機(jī)上口和箱體配合處，軸承外圈和箱體內(nèi)孔之間，軸承內(nèi)孔和軸之間均應(yīng)標(biāo)注尺寸和配合。設(shè)計(jì)時(shí)注意裝配的工藝性在設(shè)計(jì)繪制進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意裝配工藝性，考慮到正確的裝配顧序，保證安裝、調(diào)試、拆卸方便。要求標(biāo)注清楚裝配圖的技術(shù)條件繪制機(jī)械裝配圖時(shí)，應(yīng)標(biāo)注必要的技術(shù)條件。例如要求滾珠絲杠中心與導(dǎo)軌平行度在水平及垂直方向在全長(zhǎng)上應(yīng)小于0.05mm(中型機(jī)床）；絲杠的軸向竄動(dòng)量應(yīng)小于0.01mm縱向進(jìn)給絲杠兩端的支承距安裝基準(zhǔn)面的尺寸應(yīng)相同，以保證在水平面內(nèi)絲杠與導(dǎo)軌平行度。而在垂直面內(nèi)可利用安裝螺釘?shù)倪^(guò)孔調(diào)整，當(dāng)絲杠與導(dǎo)軌平行度達(dá)到要求以后，再緊固螺釘并打上定位銷。檢測(cè)裝置見(jiàn)圖6調(diào)整的方法如下：以導(dǎo)軌為基準(zhǔn)，上面裝可沿導(dǎo)軌滑動(dòng)的專有檢具，檢具上裝磁力表座及千分表，將檢具沿導(dǎo)軌滑動(dòng)至絲杠兩端，分別檢測(cè)上母線與側(cè)母線的尺寸是否相同，如有差別，則刮研或微調(diào)兩個(gè)方向的尺寸，直至千分表在絲杠兩端測(cè)出尺寸在允差范圍內(nèi)。消隙齒輪安裝調(diào)整方便圖6圓柱薄片齒輪消隙示意圖

第五部分微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)單片微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容概述當(dāng)前，在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中廣泛采用關(guān)國(guó)Intel公司的MCS--51系列單片計(jì)算機(jī)，因此本章著重介紹用MCS--51系列單片徽機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，方法及步驟。單片微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)包括以下幾部分內(nèi)容：（一）繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖。數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能指標(biāo)。機(jī)床硬件電路由以下五部分組成。（1）主控制器，即中央處理單元CPU。（2）總線。包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。（3）存儲(chǔ)器。包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（4）接口。即I/O輸入/輸出接口電路。（5）處圍設(shè)備。如鍵盤(pán)、顯示器及光電輸入機(jī)等。見(jiàn)圖7圖7機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖（開(kāi)環(huán)系統(tǒng)）（二）選擇中央處理單元CPU的類型。在徽機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU的選擇應(yīng)考慮以下因素：（1）時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)，這個(gè)指標(biāo)將控制數(shù)據(jù)處理的速度。（2）可擴(kuò)展存儲(chǔ)器（包括ROM和RAM）的容量。（3）指令系統(tǒng)功能，影響編程靈活性。（4）I/O口擴(kuò)展的能力，即對(duì)外設(shè)控制的能力。（5）開(kāi)發(fā)手段，包括支持開(kāi)發(fā)的軟件和硬件電路。此外還要考慮到系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合，控制對(duì)象對(duì)各種參數(shù)的要求，以及經(jīng)濟(jì)價(jià)格比等經(jīng)濟(jì)性的要求。目前在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，推薦采用MCS—51系列單片微機(jī)作為主控制器。（三）存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)在存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)應(yīng)該包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。在選擇程序存儲(chǔ)器芯片時(shí)，要考慮CPU與EPROM時(shí)序的匹配，還應(yīng)考慮最大讀出速度、工作溫度及存儲(chǔ)器的容量等問(wèn)題。在存儲(chǔ)器擴(kuò)燕尾服電路的設(shè)計(jì)中還應(yīng)包括地址鎖存器和譯碼電路的設(shè)計(jì)。（四）I/O口即輸入／輸出接口電路設(shè)計(jì)應(yīng)包括接口芯片的選用，步進(jìn)電機(jī)控制電路，鍵盤(pán)顯示電路以及其他輔助電路的設(shè)計(jì)（例如復(fù)位電路，越界報(bào)警電路，掉電保護(hù)電路等）。此外，不同的數(shù)控系統(tǒng)還要求配備不同的外設(shè)，這些部分的電路設(shè)計(jì)也應(yīng)包括。二、MCS--51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介（一）8031單片機(jī)的基本特性（二）8031芯片引腳及其功能（三）8031芯片的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及地址分配三、MCS-51系列指令條統(tǒng)簡(jiǎn)介四、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器五、中斷系統(tǒng)六、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)（一）譯碼電路設(shè)計(jì)8031單片機(jī)允許擴(kuò)展64K程序儲(chǔ)器和64K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（包括I/O口芯片），這樣就需要擴(kuò)展多個(gè)外圍芯片，因而需要把外部地址空間分配給這些芯片半且使程序存儲(chǔ)器各芯片之間，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各芯片之間（包括I/O口芯片）地址互相不重疊，以使單片訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)避免發(fā)生沖突。當(dāng)8031數(shù)據(jù)總線分時(shí)地與各個(gè)外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)首先要進(jìn)行片選（指選中其中某一個(gè)芯片），而當(dāng)片內(nèi)有多個(gè)字節(jié)單元時(shí)還要進(jìn)行片內(nèi)地址選擇。1．MCS-51.單片機(jī)應(yīng)用系繞中的地址譯碼規(guī)則（1）程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址。程序存儲(chǔ)器地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址可以重疊使用。都是從0000H-FFFFH這是因?yàn)?031地址總線為16位，可直接尋址的范圍只有64K,這樣編址方法也給編程帶來(lái)方便不必考慮地址重疊靠片選信號(hào)和控制信號(hào)：、和。(2）外圍I/O芯片與擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。外圍I/O芯片不僅占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址單元，而且使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀/寫(xiě)控制信號(hào)與讀／寫(xiě)命令。(3）CPU在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)地址編碼。CPU在P2口提供高8位地址（A8~A15），P0口經(jīng)外部地址鎖存器后提供低8位地址（A0~A7）。2、地址譯碼方祛（1）線選法：是將多余的高位地址線中的一根直接（或經(jīng)反相器）加到存儲(chǔ)器芯片的端，其優(yōu)點(diǎn)是連接簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是占用地址資源較多地址重疊區(qū)多。（2）譯碼法圖874LS1238對(duì)容量較大的系統(tǒng)擴(kuò)展的外圍芯片較多，芯片所需片選信號(hào)多于可利用的地址線時(shí)就需要用這種全地址譯碼的方法，它將低位地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對(duì)高位地址進(jìn)行譯碼，譯碼器輸?shù)牡刂愤x擇線用作片選線。因?yàn)檫@種地址編碼的方祛，除了片內(nèi)地址線以外剩余的高位地址線全部參加譯碼，故稱為全地址譯碼。通常采用3-8譯碼器（74LS138），輸入端占用3根最高位地址線，剩余的13根低位地址線可作為內(nèi)地址線74LS138譯碼器的8根輸出線分別對(duì)應(yīng)8個(gè)8K宇節(jié)的地址空間除了74LS138以外，常用的譯碼器還有74LS139、74LS156及Intel公司的8205（同74LS138腳兼容）。圖8是74LS138的引腳圖，下表為74LS138的邏輯功能表。如何用地址譯碼器把64K存儲(chǔ)器空間分配給各個(gè)外擴(kuò)芯片呢？從74LS138真值表可以看出把G1接+5V,G2A、G2B接地，8031的P2.7P2.6P2.5分別接到74LS138的C、B、A端P2.4~P2.0P0.7~P0.0p13根地址線接到擴(kuò)展存儲(chǔ)芯片的A12~A0端74LS138的8個(gè)輸出~分別接到8片存儲(chǔ)器的片選端，而低13位完成對(duì)片內(nèi)地址的選擇。七、I/O接口電路及輔助電路設(shè)計(jì)8031單片機(jī)共有四個(gè)8位并行I/O口，但可供用戶使用的只有P1口和部分P2口因此在大部分應(yīng)用系統(tǒng)中都需要擴(kuò)展I/O口芯片。（一）8155通用可編程接口芯片1．8155的引腳及其功能2.8155工作方式設(shè)定3．狀態(tài)查詢4.8155定時(shí)功能（二）鍵盤(pán)顯示接口電路1．顯示器工作原理2.健盤(pán)接口原理3.利用8155芯片實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)顯示接口電路實(shí)例（三）步進(jìn)電機(jī)接口及驅(qū)1．步進(jìn)電機(jī)的控制原理2．步進(jìn)電機(jī)的控制方式如果通過(guò)單片機(jī)按順序給繞組施加有序的脈沖電流，就可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字→角度的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)動(dòng)角度的大小與所施加的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與脈沖頻率成正比而轉(zhuǎn)動(dòng)的方向則與脈沖的順序有關(guān)。以三相步進(jìn)電機(jī)為例，電流脈沖的施加有三種方式。單相三拍方式:按單相繞組施加電流脈沖A--B--C--A（正轉(zhuǎn)）A—C--B--A（反轉(zhuǎn)）雙相三拍方式:按雙相繞組施加電流脈沖AB--BC--CA--AB（正轉(zhuǎn)）BA--AC--CB--BA（反轉(zhuǎn)）③三相六拍方式:單相繞組和雙向繞組交替施加電流脈沖A--AB—B--BC--C--CA（正轉(zhuǎn)）AC--C--CB—B--BA--A--AC（反轉(zhuǎn)）我們選用第三種方式。脈沖分配器是實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)各相脈沖通電順序的，為使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行并輸出一定的功率，需要有足夠功率提供給電動(dòng)機(jī)因此需要有功率放大環(huán)節(jié)，脈沖分配器及前面的微機(jī)及接口芯片，工作電平一般為5V，而作為電動(dòng)機(jī)電源需符合電機(jī)要求的額定電壓值，為避免強(qiáng)電對(duì)弱電的干擾在它們之間應(yīng)采用隔離電路，其控制電路框圖如圖9所示3．脈沖分配母又叫環(huán)形分配器，有硬件環(huán)形分配器和軟件環(huán)形分配器兩種。硬件環(huán)形分配器需要的I/O接口線數(shù)少，且執(zhí)行速度快但需要專用的芯片，軟件環(huán)形分配器是用程序?qū)崿F(xiàn)的軟件環(huán)形分配器在電路上不需要環(huán)形分配專用芯片，而是在微處理器中專門(mén)安排一個(gè)輸入寄存器作為步進(jìn)電機(jī)的控制寄存器，步進(jìn)電機(jī)的每一組都與這個(gè)寄存器中其一指定位相對(duì)應(yīng)，寄存器中這一位為“l(fā)”，對(duì)應(yīng)相應(yīng)繞組的通電狀態(tài)這一位方“0”，對(duì)應(yīng)著相應(yīng)繞組的斷電狀態(tài)，微處理器接照程序中規(guī)定的順序，循環(huán)地向寄存器中寫(xiě)入控制字節(jié)，從而使步進(jìn)電機(jī)繞組按固定的規(guī)律，循環(huán)地通電或斷電，步進(jìn)電機(jī)便按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。在電路上步進(jìn)機(jī)的每一繞組需要和一個(gè)I/O口相連（經(jīng)光電隔離電路）故占用的I/O口數(shù)量較多。（四）其它輔助電路1．8031的時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式（內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在XTALl、XTAL2引腳上外接定時(shí)元件如圖10所示，晶體可在1.2--12MHZ之間任選耦合電容在5--30PF之間。對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用，采用外部時(shí)鐘方式可把XTAL1直接接地，XTAL2接外部時(shí)鐘源。2、復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的在時(shí)鐘電路工作后，只要在RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，以后單片機(jī)便從0000H單元開(kāi)始進(jìn)行程序，單片機(jī)通常采用電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。圖11所示為上電與按鈕復(fù)位相結(jié)合，在上電瞬間，RC電路充電，RESET引腳出現(xiàn)正脈沖，只要RESET端保持10ms以上高電平就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。八、設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求C6132車床數(shù)控化改造硬件電路圖需一片8031，一片74LS373，一片74LS138（譯碼器），兩片2764（程序存儲(chǔ)器），一片6264（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）和一片8155、兩片74LS06（反相驅(qū)動(dòng)器）。1．要求把上述所給硬件連接起來(lái)，組成一個(gè)單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，其中8031的P1口連接兩個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，8155的PA口，PC口分別作為鍵盤(pán)的列口、行口，另外PA口加一個(gè)反相驅(qū)動(dòng)器(74LS06)作為顯示器的位控口，PB口作為顯示器的段控口。2.根據(jù)你所連接的硬件電路圖（1）求出第一片2764的地址范圍（2）求出第二片2764的地址范圍（3）求出一片6264的地址范圍（4）求出8155的PA口、PB口、Pc口的口地址以及8155命令狀態(tài)寄存器的口地址。3.根據(jù)你所連接的硬件電路圖編寫(xiě)一個(gè)當(dāng)按下某一個(gè)鍵時(shí)，讓步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)，對(duì)子三相雙三拍驅(qū)動(dòng)方式，供給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相脈沖應(yīng)按AB--BC--CA--AB（正轉(zhuǎn)）同時(shí)讓顯示器某一位顯示“1”的程序。

第六部分步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本工作原理圖12是一種反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的示意圖，它的定轉(zhuǎn)子鐵心是用硅鋼片或其它軟磁材料制成的。定子每對(duì)極上繞有一相控制繞組。轉(zhuǎn)子有均勻的齒和槽，上面沒(méi)有繞組，工作原理是基于磁通總是要走磁阻最小的路徑，磁力線掃斜將產(chǎn)生切向力，形成轉(zhuǎn)矩。當(dāng)A相繞組通以直流電流時(shí)，磁勢(shì)軸線與A相繞組軸線一致。若轉(zhuǎn)子齒不與A相軸線對(duì)齊，磁力線掃斜產(chǎn)生切向力，轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)切向力形成轉(zhuǎn)矩的作下，1、3齒轉(zhuǎn)到與A相繞組軸向一致的位置，此位置為平衡位置，圖13所示。當(dāng)A相斷電B相通電流時(shí)，轉(zhuǎn)子2、4此轉(zhuǎn)到與B相繞組軸線相一致的位置，如圖14所示，當(dāng)B相斷電，C相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子3、1齒又轉(zhuǎn)到與C相繞組軸線一致的位置。如圖15所示。定子繞組從一種通電方式換成另一種通電方式，叫做一拍。每一拍使轉(zhuǎn)子前進(jìn)的角度稱步距角。上述三相依次通電方式即按A、B、C、A……順序通電，稱三相單三拍。由15可以看出，它的步距角也是300。如果按AB、BC、CA、AB……方式兩相同時(shí)通電，稱三相雙三拍通電方式。由圖16可以看出它的步距角也是300。若按A、AB、B、BC、C、CA……方式通電，稱三相單雙拍或三相六拍通電方式。由圖15和圖16可以看出，它的步距角是150。單雙拍通電方式的步距角是單拍或雙拍通電方式的步距角的一半。上述原理性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角太大，往往不能滿足要求。二、單段反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)圖17是一種實(shí)用的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。定上有六個(gè)極每一對(duì)極上有一相控制繞組，三相繞組作星形聯(lián)接，定子極面上有小齒，轉(zhuǎn)子鐵心的外園上均布小齒且齒寬，齒矩與定子的相等，上面沒(méi)有繞組。定子、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)要適當(dāng)配合，即要求在一對(duì)極下定、轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊時(shí)，相鄰極下的定轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開(kāi)一個(gè)齒tc的相數(shù)m分之一。例如：相數(shù)m=3，極數(shù)2P=6，每個(gè)極面有5個(gè)小齒，轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z2=40。定子相鄰極間的距離用轉(zhuǎn)子齒數(shù)表示時(shí)為：A相極下定轉(zhuǎn)于齒一一對(duì)齊時(shí)，相鄰極下定轉(zhuǎn)子中心線相差1/3齒距。一個(gè)齒距對(duì)應(yīng)的角度為1/3齒距相差30。如圖18所示當(dāng)A相通電時(shí)，在磁場(chǎng)力形成的轉(zhuǎn)矩的作用下，A相極下定、轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊。當(dāng)A相斷電，B相通電時(shí)，B相極下的定、轉(zhuǎn)子齒要對(duì)齊，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)相當(dāng)于1/3齒距即30，由于B相通電時(shí)轉(zhuǎn)子軸線移動(dòng)了1/3齒距，這時(shí)C相極下定、轉(zhuǎn)子齒軸線擎1/3齒距，所以在B相斷電，C相通電時(shí)，C相極下的定、轉(zhuǎn)子齒要對(duì)齊，、轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過(guò)1/3齒距即30。由上面的分析可以看出，三相單三拍通電方式三拍為一個(gè)循環(huán)每一拍轉(zhuǎn)過(guò)的角度為：雙三拍通電方式每三拍一循環(huán)，第一拍前進(jìn)30。若改為三相單雙拍，即六拍為一循環(huán)沒(méi)一拍轉(zhuǎn)過(guò)的角度為：若齒數(shù)為Z2一個(gè)循環(huán)的拍數(shù)為N，則每一拍轉(zhuǎn)過(guò)的角度即步距角為：（1）式中θb—-步距角Z2轉(zhuǎn)子齒數(shù)N一個(gè)循環(huán)的拍數(shù)，當(dāng)頻率較高時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)呈連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，若脈沖的頻率為f，每分鐘的拍數(shù)為60f，N拍才能轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，轉(zhuǎn)過(guò)Z2個(gè)齒才能轉(zhuǎn)一圈，則每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)：（2）式中n每分種轉(zhuǎn)數(shù)f頻率HZN一拍數(shù)Z2一轉(zhuǎn)于齒數(shù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)和轉(zhuǎn)子數(shù)越多，步距角越小，但相數(shù)越多，脈沖電源越復(fù)雜，目前，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般做到六相，個(gè)別的也有八相或更多相的。三、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性（一）步距角步距角是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要指標(biāo)之一，它的大小由公式（1）決定步距角的大小反映了系統(tǒng)能夠達(dá)到的分辨能力。目前國(guó)產(chǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角由0.3750到900最常用的為1.20/0.60、1.50/0.750、1．80/0.90、20/10、30/1.50、4.50/2.250等幾種。（二）靜特性靜特性是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的特性，包括矩角特性、靜態(tài)稚定區(qū)等。1.矩角特性在脈沖電流不變的情況下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子失調(diào)角的關(guān)系M=f(θ)稱為矩角特性。失調(diào)角的關(guān)系，即定、轉(zhuǎn)子齒中心線間的夾角θ在反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中一個(gè)齒距對(duì)應(yīng)的電角度為2。定、轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊時(shí)，即θ=0，電機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)切向力轉(zhuǎn)矩為零；若定、轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開(kāi)一個(gè)角度．這時(shí)出現(xiàn)切向力，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，其作用是使齒對(duì)齊。根據(jù)理論和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，M=f(θ)近似為一條正弦曲線，如圖19所示，矩角特性上電磁轉(zhuǎn)矩的最大值稱為最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。它表示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)承受負(fù)載的能力，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最主要的性能指標(biāo)之一。2.靜穩(wěn)定區(qū)由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩角特性可知，當(dāng)失調(diào)角θ在到（即相當(dāng)齒距）的范圍內(nèi)，若去掉負(fù)載，轉(zhuǎn)子仍能回到初始穩(wěn)定平衡位置稱到為靜穩(wěn)定區(qū)，如圖19所示若失調(diào)角超過(guò)這個(gè)范圍，去掉負(fù)載再也不能自動(dòng)加到這個(gè)平衡位置。（三）步進(jìn)動(dòng)行特性步進(jìn)運(yùn)行特性是指脈沖頻率很低，每一個(gè)脈沖到來(lái)之前，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)己經(jīng)停止，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)。1．動(dòng)穩(wěn)定區(qū)動(dòng)穩(wěn)定區(qū)是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從一種通電狀態(tài)切換到另一種通電狀態(tài)時(shí)，不致引起失步的區(qū)域。如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載，在A相通電狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子位于矩角特性曲線A上的平衡點(diǎn)OA處：A相斷電，B相通電，工作點(diǎn)將由OA點(diǎn)跳至曲線B上，轉(zhuǎn)子穩(wěn)定運(yùn)行于OB點(diǎn)。改為B相通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子位置處于B'--B"之間，轉(zhuǎn)子就能向OB點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。而達(dá)到新的德定平衡，區(qū)域B'--B"為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載狀態(tài)下的動(dòng)穩(wěn)定區(qū)，如圖20所示，顯然相數(shù)或拍數(shù)增加，步距角減小，穩(wěn)定區(qū)越接近靜穩(wěn)定區(qū)。2、步進(jìn)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載能力如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有負(fù)載，負(fù)載轉(zhuǎn)矩MZI較小時(shí)，在A相繞組通電的情況下，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作點(diǎn)在曲線A上的a1點(diǎn)，A相繞組斷電，B相繞組通電時(shí)，工作點(diǎn)將由點(diǎn)a1跳到曲線B上的b1點(diǎn)，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩大于MZI，轉(zhuǎn)子加速，工作點(diǎn)由b1點(diǎn)沿曲線B移到的b1'，達(dá)到新的平衡位置，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩MZ2很大時(shí)，在A相通電時(shí)，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在曲線A上的a2點(diǎn)。A相斷電，B相通電瞬間，工作點(diǎn)由a2跳到曲線B上的b2點(diǎn)，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩MZ2，轉(zhuǎn)子無(wú)法帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。顯然，電動(dòng)機(jī)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)所能帶動(dòng)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩取決于曲線A和曲線B交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。此稱最大