步进电动机的选择与计算

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

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

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F Z（与运动方向相反）=1400N

1.2.4 最大主切削力F Y（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V1 =10~500毫米/分

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d 0 =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σ=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0.750 /1.50 ，当三相六拍运行时，步距角￡=0.750 其每转的脉冲数S=75

.03600

=480 p/r 步进电动机与滚珠丝杆间的传动比i

i= s L σ= 480

01.06⨯=1.25 在步进电动机与滚珠丝杆之间加Z 1 =20，Z 2 =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T LF

T LF =i uwl s πη2 = 25

.18.014.32006.0150006.0⨯⨯⨯⨯⨯ =0.086N.M 2.2.2 车削加工时的负载转矩T L

T L =i L

F w u F S y Z πη2)]([++

=25

.18.01416.32006.0)]28001500(06.01400[⨯⨯⨯++ =1.584N.M

u---- 摩擦系数

w----拖板重量

L----导程

i----传动比

F Z ---最走刀抗力

F y ------最大切削力（N ）

S η----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 Js=43440101.832

1085.71)032.0(14.332-⨯=⨯⨯⨯⨯=lp

d πKg.m 2

2.3.2拖板的运动惯量

J w =422102.1)006.0(8.91400)(-⨯==π

πl g w kg.m 2 2.3.3大齿轮的转动惯量J g2（大齿接圆直径62.5毫米 宽10毫米）

J g2 =43441076.132

1085.701.0)0625.0(14.332-⨯=⨯⨯⨯⨯=bp

D πkg.m 2 2.3.4小齿轮的转动惯量J g1（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J L

534411078.532

1085.7012.0)05.0(14.332-⨯=⨯⨯⨯⨯==bp

D J g πkg.m 2 换算到电动机轴上的总转动惯量J L

22

1L J J J J J g W S g L +++=

=24

44525

.11076.11028.1101.81078.5----⨯+⨯+⨯+⨯ =7.33⨯10-4 Kg.m 2

2.4 初选步进电动机型号

根据车削时负载转距T L =1.58N.M 和电动机总转动惯量J L =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.m 2

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：

2max ≥TL

T 及4≤M L J J 21.5584

.11.8max >==L T T 46.1107.41033.74

4

<=⨯⨯=--M L J J 空载时起动时间计算（t a ）

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f L 的计算

HZ J J f f M L

m

L 9306.1115001=+=+=

m f 电动机空载起动频率

2.4.2带惯性负载的最大转速