步进电动机的选择与计算.pdf

步进电动机的选择与计算步进电动机的选择与计算 摘 摘 要要 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 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中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改进后的车床传动系统 1 小刀架小刀架 2 横向步进电动机横向步进电动机 3 横向滚珠丝杆横向滚珠丝杆 4 大拖板大拖板 5 纵向滚珠丝杆纵向滚珠丝杆 6 纵向步进电动机纵向步进电动机 1 2 各参数 1 2 1 各拖板重量 w 1500N 1 2 2 拖板与导轨贴塑板间摩擦系数 U 0 06 1 2 3 最大走刀抗力FZ 与运动方向相反 1400N 1 2 4 最大主切削力FY 与导轨垂直 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 900 时计算而得出 1 2 5 拖板进给速V 10 500 毫米 分 1 1 2 6 车刀空行程速度V2 200 毫米 分 1 2 7 滚珠丝杆导程 L 6 毫米 1 2 8 滚珠丝杆节圆直径d0 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 脉冲当量 一个指令脉冲使步进电动机驱动拖动的移动距离 0 01mm p 输入一个指令脉冲工 作台移动 0 01 毫米 0 初选之相步进电动机的步距角 0 75 1 50 当三相六拍运行时 步距角 0 750 其每转的脉冲数 S 75 0 3600 480 p r 步进电动机与滚珠丝杆间的传动比 i s L 48001 0 6 1 25 i 在步进电动机与滚珠丝杆之间加Z1 20 Z2 25 模数m 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 等效负载转矩的计算 2 2 1 空载时的摩擦转矩TLF i uwl s 2 TLF 25 18 014 32 006 0150006 0 0 086N M 2 2 2 车削加工时的负载转矩TL i LFwuF S yZ 2 TL 25 18 01416 32 006 0 28001500 06 01400 1 584N M u 摩擦系数 w 拖板重量 L 导程 i 传动比 FZ 最走刀抗力 F最大切削力 N y S 滚动丝杆传动效率 2 3 等效转动惯量计算 2 3 1 滚珠丝杆的转动惯量 Js 4 344 0 101 8 32 1085 7 1 032 0 14 3 32 lpd Js Kg m2 2 3 2 拖板的运动惯量 422 102 1 006 0 8 9 1400 l g w Jw kg m2 2 3 3 大齿轮的转动惯量J 大齿接圆直径 62 5 毫米 宽 10 毫米 g2 4 344 1076 1 32 1085 7 01 0 0625 0 14 3 32 bpD Jg2 kg m2 2 3 4 小齿轮的转动惯量Jg1 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 5 344 1 1078 5 32 1085 7 012 0 05 0 14 3 32 bpD Jg kg m2 换算到电动机轴上的总转动惯量JL 2 2 1 L JJJ JJ gWS gL 2 444 5 25 1 1076 1 1028 1 101 8 1078 5 7 3310 4 Kg m2 2 4 初选步进电动机型号 根据车削时负载转距TL 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 1N M 转子转动惯量 Jm 4 7 10 4kg m2 为了使步进电动机具有良好的起动能力及较快的响应速度应为 2 max TL T 4 M L J J 及 21 5 584 1 1 8 max L T T 46 1 107 4 1033 7 4 4 T maxLF 0 086N M 空载 时的摩擦转矩 min 300min 3600 25 16 6600075 0 6 max mmmm xl lf 2 5 2 工作行程速度计算 当 T 1 584N M 时 电动机对应频率 f3000HZ L min 500min 1800 25 16 6300075 0 6 mmmm xl fl 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 N FC FZ C F5 0 车刀主偏角 900 零件材料 45 钢 3 2 计算出空载时摩擦转矩T和加工时负载转矩T LF L 3 3 计算机械传动系统换算到电机轴上的总惯量JL 3 4 初选步进电动型号 TM L T2 4 L M J J 3 5 校核电动机起动性能 验算空行程速度和工作行程速度 选定步进电动机后 步进电动机的性能参数 为数控系统 特别是输出接口