毕业设计---步进电机与进给系统的设计.doc

目 录 第一章 绪论 - 3 - §1.1 课题设计的目的和内容 - 3 - §1.2 伺服系统的发展背景及意义 - 3 - §1.2.1 直流伺服系统 - 4 - §1.2.2 交流伺服系统 - 4 - §1.2.3 交直流伺服系统的比较 - 5 - §1.2.4 伺服系统的发展趋势 - 6 - 第二章 步进电机与进给系统的设计 - 10 - §2.1 步进电机的驱动与控制 - 10 - §2.1.1 步进电机的选择 - 10 - §2.1.2 步进电机的驱动 - 11 - §2.1.3 步进电机控制接口电路 - 14 - §2.2 进给系统的设计计算 - 15 - §2.2.1 切削负载 - 15 - §2.2.2 摩擦阻力 - 16 - §2.2.3 等效传动惯量计算 - 16 - §2.2.4 丝杠摩擦阻力矩的计算 - 18 - §2.2.5 等效负载转矩 - 18 - §2.2.6 启动惯性阻力矩的计算 - 19 - §2.2.7 步进电机输出轴上总负载转矩计算 - 19 - §2.3 步进电机的匹配选择 - 19 - §2.4 滚珠丝杠的校核 - 20 - §2.4.1 承载能力的校核 - 20 - §2.4.2 压杆稳定性验算 - 21 - §2.4.3 刚度的验算 - 22 - 第三章 数控铣床的调试 - 24 - 总 结 - 26 - 参考文献 - 28 - 第一章 绪论 一 课题设计的目的和内容 数控铣床是现代制造业中不可或缺的机械加工设备。数控铣床进给伺服系统是数控装置与机床本体的传动环节，其作用是接收数控装置发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件实现工作进给和快速运动，是铣床重要的组成部分之一。 本任务书对数控铣床的Z单方向的进给机构进行了设计，包括拟定其传动系统，选择滚珠丝杠及其支承组合方式，选择伺服系统，计算增益，验算精度等。在设计时，详细分析了步进电机做驱动电机的优缺点及其他电机的特点。本设计书经过计算各种数据设计出步进驱动电机的个方面性能，并作出验算。不仅详细计算了步进电机的各方面性能数据，还计算了与步进电机相关的多种机床设备的性能，如轴承、滚珠丝杠等。从整体上分析了步进伺服系统的个方面环节，系统的各个部件和电路都做了详细的说明。在计算进给系统时，以假设的一组数据为基础来设计步进电机驱动的进给系统，主要计算了驱动电机在工作时的负载、进给速度、转矩等方面。 二 伺服系统的发展背景及意义 伺服系统在机电设备中具有重要的地位，????伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程。电气伺服系统根据所驱动的电机类型分为直流（DC）伺服系统和交流（AC）伺服系统。50年代，无刷电机和直流电机实现了产品化，并在计算机外围设备和机械设备上获得了广泛的应用。70年代则是直流伺服电机的应用最为广泛的时代。 ????从70年代后期到80年代初期，随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术和电机永磁材料制造工艺的发展及其性能价格比的日益提高，交流伺服技术—交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。交流伺服驱动技术已经成为工业领域实现自动化的基础技术之一，并将逐渐取代直流伺服系统。 交流伺服系统按其采用的驱动电动机的类型来分，主要有两大类:永磁同步（SM型）电动机交流伺服系统和感应式异步（IM型）电动机交流伺服系统。其中，永磁同步电动机交流伺服系统在技术上已趋于完全成熟，具备了十分优良的低速性能，并可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。并且随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，其在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛，目前已成为交流伺服系统的主流。感应式异步电动机交流伺服系统由于感应式异步电动机结构坚固，制造容易，价格低廉，因而具有很好的发展前景，代表了将来伺服技术的方向。但由于该系统采用矢量变换控制，相对永磁同步电动机伺服系统来说控制比较复杂，而且电机低速运行时还存在着效率低，发热严重等有待克服的技术问题，目前并未得到普遍应用。 ????系统的执行元件一般为普通三相鼠笼型异步电动机，功率变换器件通常采用智能功率模块IPM。为进一步提高系统的动态和静态性能，可采用位置和速度闭环控制。三相交流电流的跟随控制能有效地提高逆变器的电流响应速度，并且能限制暂态电流，从而有利于IPM的安全工作。速度环和位置环可使用单片机控制，以使控制策略获得更高的控制性能。电流调节器若为比例形式，三个交流电流环都用足够大的比例调节器进行控制，其比例系数应该在保证系统不产生振荡的前提下尽量选大些，使被控异步电动机三相交流电流的幅值、相位和频率紧随给定值快速变化，从而实现电压型逆变器的快速电流控制。电流用比例调节，具有