步进电动机的选择与计算

1、步进电动机的选择与计算叶文卿（眉山职业技术学院 四川 眉山620020）【摘要】本文以C616车床改为开环式数控车床的设计计算，为根据车床参数，选择步进电动机提 供了可靠 易行的计算方法和步骤。【关键字】转矩 转动惯量负载起动性能数控产品设计时，根据工作系统的力学模型，计算选择步进电动机或伺服电动机的规格型号，是进行数控产品设计的一个重要环节。因为电动机的参数决定着数控系统屮各功能模块的性能参数，各功能模块都要与电动机相匹配，这里以用普通车床C616改为简易数控车床为例。说明步进电动机的计算过程。1 c616车床的各参数1. 1改进后的传动系统简易数控车床即开环式控制将c616车床的纵向进给系

2、统常采用步进电动机驱动滚轴丝杆，带动装有刀架的拖板作往复直线运动。其工作原理如图改进后的车床传动系统1小刀架2横向步进电动机3横向滚珠丝杆4大拖板5纵向滚珠丝杆6纵向步进电动机12各参数121各拖板重量w=1500N122拖板与导轨贴塑板间摩擦系数U二0. 06123最大走刀抗力Fz （与运动方向相反）二1400N124最大主切削力Fy （与导轨垂直）二2800N （最大走刀抗力和主切削力可根据普通C616车床的电动机功率和车削时车刀的主偏角为90。时计算而得出）125拖板进给速V二10、500毫米/分126车刀空行程速度r =200毫米/分127滚珠丝杆导程L=6毫米1. 2. 8滚珠丝杆节

3、圆直径 do =30毫米1.2.9丝杆总长L=1000毫米1.2. 10定位精度0. 01毫米2确定步进电动机的型号2. 1脉冲当量的选择脉冲当豊一个指令脉冲使步进电动机驱动拖动的移动距离二0。01mm/p (输入一个指令脉冲工作台移动0. 01毫米)初选之相步进电动机的步距角075。/15,当三相六拍运行时，步距角=0. 75其每转的脉冲数360。S二=480 p/r0. 75步进电动机与滚珠丝杆间的传动比iL6i二二=1.25s 0. 01 480在步进电动机与滚珠丝杆Z间加 Zi =20, Z2 =25模数m二2. 5的一对齿轮。齿轮的模数根据 c616车 床，挂轮齿类比确定。2. 2等

4、效负载转矩的计算2. 2. 1空载时的摩擦转矩TlfTlfuwl0. 06 1500 0. 0062 3. 14 0.8 1.25=0. 086N. M2. 2. 2车削加工时的负载转矩TlFzU (w Fy) LTl 二2 si=1400 0.06(1500 2800) 0.006 二 2 3. 1416 0. 8 1. 25=1. 584N. Mu-摩擦系数w拖i板重L-导程i-传动比Fz最走刀抗力Fy最大切削力(N )S滚动丝杆传动效率2. 3等效转动惯量计算Js3322.3. 1滚珠丝杆的转动惯量Js8. 1 10 4Kg.m23. 14 (0032广 1 7. 85 1032 2.3

5、.2拖板的运动惯量W / I 1400(0. 006、22Tw=()98（1. 2 10 kg. m2Jq232LbP 3 气。咫5) 。|7 出 103 1.76 10 4 kg. m2322. 3.3大齿轮的转动惯量（大齿接圆直径62.5毫米宽10毫米）2.3.4小齿轮的转动惯量Jgi （小齿接圆直径50毫米宽12毫米）换算系列电机轴上的总转动惯量 Jl丨 fl L心Q）-4_7-403 5J8 10 skg. m2J gi3232JL JglJsg2L258. 1 10 41.28 10 41.76 10 4二 5. 7810 J21.25=7. 3310_,Kg. m2换算到电动机轴上

6、的总转动惯量Jl2. 4初选步进电动机型号根据车削时负载转距Tl二1.58N.M和电动机总转动惯量Jl=7. 33X10-4,初步选定电动型号为110BF003 反应式步进电动机。该电动机的最大静扭距Tmax=8. IN. M,转了转动惯量Jm=4. 7 10_1kg. m2maxTLT max8. 15. 1Tl1. 584JlJm7. 33 10 41.6 44. 7 10 4空载时起动时间计算（ta）110BF003步进电动机的最小加、减速度时间为1秒2. 4. 1带惯性负载的最大起动频率 fL的计算fmJl1500930HZfm电动机空载起动频率2.4.2带惯性负载的最大转速fi 60

7、0. 75。930 60116转/分360360。2. 4. 3带惯性负载起动力矩Tm电动机起动矩频率特性曲线Tm=2. 6N. M244负载时起动时间tata二0. 1047 jL 2 o. 1047匚4 0. 0058s几 Ts2. 6 0. 086该电机带惯性负载时能够起动2. 5速度验算2. 5. 1空行程快速移动速度的验算从电动机的运行矩频率特性曲线查得fmax=6000HZ时，电动机转矩0. 9N. MT lf=0. 086N. M （空载时的摩擦转矩）max 0.75 6000 6,3600mm/ min 300mm/min6x16 1. 252. 5.2 1作行程速度计算当Tl

8、=1. 584N. M时，电动机对应频率f 3000HZfl 0. 75 3000 6, 1800mm/min 500mm/ min6x16 1. 25以上计算，选该型号步进电动机，无论是起动性能，还是空行程快速进给，还是工作行进给速度都能满足 c616车床的设计要求3结论3. 1根据普通车床的电机和切削速度计算出最大切削力和走刀抗力NFc二Fz 0. 5Fc（车刀主偏角90。，零件材料45#钢）3. 2计算出空载时摩擦转矩Tlf和加工时负载转矩Tl3. 3计算机械传动系统换算到电机轴上的总惯量Jl3. 4初选步进电动型号：Tm 2TlJ仏J M43. 5校核电动机起动性能，验算空行程速度和工