步进电机设计.doc

X6132铣床数控改造步进电机的选型 摘 要 本文介绍了步进电机的特点及如何通过计算选定X6132铣床步进电机的型号。 关键词 铣床 数控 改造 步进 电机 选型 1 概 述 步进电机是一种特殊结构的电机，它利用通电激磁绕组产生反应力矩，将脉冲电信号的能量转换为机械位移的机电执行元件。当激磁绕组按一定规律获得分配脉 冲时，步电机的转子转过的角度与输入的脉冲个数有较严格的比例关系，而且转 动与输入脉冲在时间上同步。因此可以利用这些特点控制运动的速度和位移量。它的优点是结构简单，电气控制和驱动电路也简单，体积小，重量轻，价格便宜，容易调试，使用维修方便 。位移精度较好，对各种干扰因素不敏感 ，结构误差不会累积。另外，机电时间常数小，反应快 。所以在普通机床的经济形数控改造中常用步进电机作为开环控制的伺服电机 。 根据X1632铣床工作状况和 X、Y、Z轴运动的速度和精度要求不太高的情 况 ，确定改造后伺服系统为结构简单，调整维修容易的开环控制系统 。用步进电机作为伺服电机。 2 参数确定 设定工件材料为40Gr锻件，调质，铣削宽度22mm，铣削深度5 mm。刀具数据为 刀具材料高速钢，立铣刀 ，直径32mm，刀齿数4， 每齿切厚0.08 mm／Z。 原机床数据 ： 进给电机1.5kW／4OOrpm，最大水平拖力1500 kg ，快速进给速度纵向2.3m／min、横向1.54m／min 、升降台 0.77 m／min。 滚珠丝杠螺母副螺距 8mm，螺纹升角 3°39′。 机床进给部件重量估计 ： 纵向( X轴 )工作台加上夹具重约 Gx= 2156N 横向( Y轴 )工作台等运动件重约 Gy= 4410N 升降( Z轴)部分运动件重约 Gz =9800N 为了防止升降台自行下滑，原机床设置有单向超越离合器及摩擦片制动器 ， 而且为保证工作可靠 ，将摩擦阻力调到略大于升降工作台的重力。在数控改造后仍需要保留此功能 ，故在实际运动时 X、Y、 Z三轴比较 ，下降的阻力最大 ， 那么以升降 ( Z轴 ) 方向计算选择的步进电机均可满足 X、Y两轴运动的要求 。 铣削圆周力： …………………………( 1 ) 式中 ：αe —— 铣削宽度 = 2 2 mm； αf —— 每齿切厚 =0.08 mm／Z； d。 —— 铣刀直径= 32 mm； αp —— 铣削深度 =5 mm Z —— 铣刀齿数 = 4 。 则有： Z向丝杆牵引力：…………………………………………( 2) 式中：f —— 当量摩擦系数，取0.01； Gz —— 升降部分运转件重量 。 则有 ： 传动效率…………………………………………( 3 ) 式中： ——摩擦角，取10ˊ； —— 丝杠螺纹升角（°)。 则有 3 步进电机的选用 数控系统对伺服电机的要求是调速范围宽，伺服电机需满足调速要求 。负载特性硬，在调速范围内电机有足够的驱动力矩，动态响应快。所以合理选用步进 电机是比较复杂的问题 ，需要根据电动机在整个系统中的实际工作情况，经过分析后才能正确选择。为使步进电机正常运行( 不失步，不越步) ，正常启动并满足对转速的要求，电机的最大静转矩( 步进电机技术数据 ) 必须大于电机实际最大启动力矩 。电机的运行频率 ( 步进电机技术数据) 必须高于电机实际最高工作频率 。 系统脉冲当量是机床移动部件相对于每一个进给脉冲信号民的位移量， 其大小视机 的加工精度而定 。根据 X5 2 K铣床 工作状况选系统脉冲当量δp=0． 0 1 mm／ s t e p 。步进电机步距角 θb=0 ．7 5°。 电机轴负载力矩 ………………………………………………………( 4 ) 式中:μ— 导轨摩擦系数，取0.1； θb—步进电机步距角 。 则 若不考虑启动时运动部件惯性的影响则启动力矩 ： …………………………………………………………………( 5 ) 取安全系为0.3。 则有： 对于工作方式为五相十拍的五相异步电机最大启动力矩 ： 电机最高工作