步進(jìn)電機(jī)選擇的詳細(xì)計(jì)算過程

1、1，如何正確選擇伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)？ 主要視具體應(yīng)用情況而定，簡單地說要確定：負(fù)載的性質(zhì)（如水平還是垂直負(fù)載等），轉(zhuǎn)矩、慣量、轉(zhuǎn)速、精度、加減速等要求，上位控制要求（如對端口界面和通訊方面的要求），主要控制方式是位置、轉(zhuǎn)矩還是速度方式。供電電源是直流還是交流電源，或電池供電，電壓范圍。據(jù)此以確定電機(jī)和配用驅(qū)動(dòng)器或控制器的型號。 2，選擇步進(jìn)電機(jī)還是伺服電機(jī)系統(tǒng)？ 其實(shí)，選擇什么樣的電機(jī)應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況而定，各有其特點(diǎn)。請見下表，自然明白。 步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)   伺服電機(jī)系統(tǒng) 力矩范圍   中小力矩（一般在20Nm以下）   小中大，全范

2、圍 速度范圍   低（一般在2000RPM以下，大力矩電機(jī)小于1000RPM）   高（可達(dá)5000RPM）,直流伺服電機(jī)更可達(dá)12萬轉(zhuǎn)/分 控制方式   主要是位置控制   多樣化智能化的控制方式，位置/轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩方式 平滑性   低速時(shí)有振動(dòng)（但用細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器則可明顯改善）   好，運(yùn)行平滑 精度   一般較低，細(xì)分型驅(qū)動(dòng)時(shí)較高   高（具體要看反饋裝置的分辨率） 矩頻特性   高速時(shí)，力矩下降快 &#

3、160; 力矩特性好，特性較硬 過載特性   過載時(shí)會(huì)失步   可310倍過載（短時(shí)） 反饋方式   大多數(shù)為開環(huán)控制，也可接編碼器，防止失步   閉環(huán)方式，編碼器反饋 編碼器類型   -   光電型旋轉(zhuǎn)編碼器（增量型/絕對值型），旋轉(zhuǎn)變壓器型 響應(yīng)速度   一般   快 耐振動(dòng)   好    一般（旋轉(zhuǎn)變壓器型可耐振動(dòng)） 溫升   運(yùn)行溫度高  

4、 一般 維護(hù)性   基本可以免維護(hù)   較好 價(jià)格   低   高 3，如何配用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器？ 根據(jù)電機(jī)的電流，配用大于或等于此電流的驅(qū)動(dòng)器。如果需要低振動(dòng)或高精度時(shí)，可配用細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器。對于大轉(zhuǎn)矩電機(jī)，盡可能用高電壓型驅(qū)動(dòng)器，以獲得良好的高速性能。 4，2相和5相步進(jìn)電機(jī)有何區(qū)別，如何選擇？ 2相電機(jī)成本低，但在低速時(shí)的震動(dòng)較大，高速時(shí)的力矩下降快。5相電機(jī)則振動(dòng)較小，高速性能好，比2相電機(jī)的速度高3050%，可在部分場合取代伺服電機(jī)。 5，何時(shí)選用直流伺服系統(tǒng)，它和交流伺服有何區(qū)別？ 直流伺服電機(jī)分為有刷和無

5、刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。 無刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定。控制復(fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。 6，使用

6、電機(jī)時(shí)要注意的問題？ 上電運(yùn)行前要作如下檢查：1）電源電壓是否合適（過壓很可能造成驅(qū)動(dòng)模塊的損壞）；對于直流輸入的+/-極性一定不能接錯(cuò)，驅(qū)動(dòng)控制器上的電機(jī)型號或電流設(shè)定值是否合適（開始時(shí)不要太大）； 2）控制信號線接牢靠，工業(yè)現(xiàn)場最好要考慮屏蔽問題（如采用雙絞線）； 3）不要開始時(shí)就把需要接的線全接上，只連成最基本的系統(tǒng)，運(yùn)行良好后，再逐步連接。 4）一定要搞清楚接地方法，還是采用浮空不接。 5）開始運(yùn)行的半小時(shí)內(nèi)要密切觀察電機(jī)的狀態(tài)，如運(yùn)動(dòng)是否正常，聲音和溫升情況，發(fā)現(xiàn)問題立即停機(jī)調(diào)整。 7，步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，有時(shí)動(dòng)一下就不動(dòng)了或原地來回動(dòng)，運(yùn)行時(shí)有時(shí)還會(huì)失步，是什么問題？ 一般要考慮以

7、下方面作檢查：1）電機(jī)力矩是否足夠大，能否帶動(dòng)負(fù)載，因此我們一般推薦用戶選型時(shí)要選用力矩比實(shí)際需要大50%100%的電機(jī)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)不能過負(fù)載運(yùn)行，哪怕是瞬間，都會(huì)造成失步，嚴(yán)重時(shí)停轉(zhuǎn)或不規(guī)則原地反復(fù)動(dòng)。 2）上位控制器來的輸入走步脈沖的電流是否夠大（一般要>10mA），以使光耦穩(wěn)定導(dǎo)通，輸入的頻率是否過高，導(dǎo)致接收不到，如果上位控制器的輸出電路是CMOS電路，則也要選用CMOS輸入型的驅(qū)動(dòng)器。3）啟動(dòng)頻率是否太高，在啟動(dòng)程序上是否設(shè)置了加速過程，最好從電機(jī)規(guī)定的啟動(dòng)頻率內(nèi)開始加速到設(shè)定頻率，哪怕加速時(shí)間很短，否則可能就不穩(wěn)定，甚至處于惰態(tài)。 4）電機(jī)未固定好時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)此狀況，則屬

8、于正常。因?yàn)椋瑢?shí)際上此時(shí)造成了電機(jī)的強(qiáng)烈共振而導(dǎo)致進(jìn)入失步狀態(tài)。電機(jī)必須固定好。5）對于5相電機(jī)來說，相位接錯(cuò)，電機(jī)也不能工作。 8，   我想通過通訊方式直接控制伺服電機(jī)，可以嗎？ 可以的，也比較方便，只是速度問題，用于對響應(yīng)速度要求不太高的應(yīng)用。如果要求快速的響應(yīng)控制參數(shù)，最好用伺服運(yùn)動(dòng)控制卡，一般它上面有DSP和高速度的邏輯處理電路，以實(shí)現(xiàn)高速高精度的運(yùn)動(dòng)控制。如S加速、多軸插補(bǔ)等。9， 用開關(guān)電源給步進(jìn)和直流電機(jī)系統(tǒng)供電好不好？ 一般最好不要，特別是大力矩電機(jī)，除非選用比需要的功率大一倍以上的開關(guān)電源。因?yàn)椋姍C(jī)工作時(shí)是大電感型負(fù)載，會(huì)對電源端形成瞬間的高壓。而開關(guān)

9、電源的過載性能不好，會(huì)保護(hù)關(guān)斷，且其精密的穩(wěn)壓性能又不需要，有時(shí)可能造成開關(guān)電源和驅(qū)動(dòng)器的損壞?？梢杂贸Ｒ?guī)的環(huán)形或R型變壓器變壓的直流電源。 10，我想用±10V或420mA的直流電壓來控制步進(jìn)電機(jī)，可以嗎？ 可以，但需要另外的轉(zhuǎn)換模塊。 11，我有一個(gè)的伺服電機(jī)帶編碼器反饋，可否用只帶測速機(jī)口的伺服驅(qū)動(dòng)器控制？ 可以，需要配一個(gè)編碼器轉(zhuǎn)測速機(jī)信號模塊。12，   伺服電機(jī)的碼盤部分可以拆開嗎？ 禁止拆開，因?yàn)榇a盤內(nèi)的石英片很容易破裂，且進(jìn)入灰塵后，壽命和精度都將無法保證，需要專業(yè)人員檢修。13，步進(jìn)和伺服電機(jī)可以拆開檢修或改裝嗎？ 不要，最好讓廠家去做，拆開后沒

10、有專業(yè)設(shè)備很難安裝回原樣，電機(jī)的轉(zhuǎn)定子間的間隙無法保證。磁鋼材料的性能被破壞，甚至造成失磁，電機(jī)力矩大大下降。 14，幾臺(tái)伺服電機(jī)可以作同步運(yùn)行嗎？ 我們的產(chǎn)品是可以的。  15，伺服控制器能夠感知外部負(fù)載的變化嗎？ 我們的產(chǎn)品是可以的，如遇到設(shè)定阻力時(shí)停止、返回或保持一定的推力跟進(jìn)。 16，可以將國產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)器或電機(jī)和國外優(yōu)質(zhì)的電機(jī)或驅(qū)動(dòng)器配用嗎？ 原則上是可以的，但要搞清楚電機(jī)的技術(shù)參數(shù)后才能配用，否則會(huì)大大降低應(yīng)有的效果，甚至影響長期運(yùn)行和壽命。最好向供應(yīng)商咨詢后再?zèng)Q定。17，使用大于額定電壓值的直流電源電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)安全嗎? 正常來說這不是問題，只要電機(jī)在所設(shè)定的速度和

11、電流極限值內(nèi)運(yùn)行。因?yàn)殡姍C(jī)速度與電機(jī)線電壓成正比，因此選擇某種電源電壓不會(huì)引起過速，但可能發(fā)生驅(qū)動(dòng)器等故障。 此外, 必須保證電機(jī)符合驅(qū)動(dòng)器的最小電感系數(shù)要求，而且還要確保所設(shè)定的電流極限值小于或等于電機(jī)的額定電流。 事實(shí)上，如果你能在你設(shè)計(jì)的裝置中讓電機(jī)跑地比較慢的話 (低于額定電壓)，這是很好的。 以較低的電壓 (因此比較低的速度) 運(yùn)行會(huì)使得電刷運(yùn)轉(zhuǎn)反彈較少，而且電刷/換向器磨損較小，比較低的電流消耗和比較長的電機(jī)壽命。 另一方面，如果電機(jī)大小的限制和性能的要求需要額外的轉(zhuǎn)矩及速度，過度驅(qū)動(dòng)電機(jī)也是可以的，但會(huì)犧牲產(chǎn)品的使用壽命。 18， 我如何為我的應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)墓╇婋娫? 推薦選擇電

12、源電壓值比最大所需的電壓高10%-50%。此百分比因Kt, Ke,以及系統(tǒng)內(nèi)的電壓降而不同。驅(qū)動(dòng)器的電流值應(yīng)該足夠傳送應(yīng)用所需的能量。記住驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓值與供電電壓不同, 因此驅(qū)動(dòng)器輸出電流也與輸入電流不相同。為確定合適的供電電流，需要計(jì)算此應(yīng)用所有的功率需求，再增加5%。按I = P/V公式計(jì)算即可得到所需電流值。19，對于伺服驅(qū)動(dòng)器我可以選擇那種工作方式？ 請見下表（以下模式并不全部存在于所有型號的驅(qū)動(dòng)器中）開環(huán)模式   輸入命令電壓控制驅(qū)動(dòng)器的輸出負(fù)載率。此模式用于無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，和有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電壓模式相同。  電壓模式  

13、; 輸入命令電壓控制驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓。此模式用于有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，和無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的開環(huán)模式相同。 電流模式(力矩模式)   輸入命令電壓控制驅(qū)動(dòng)器的輸出電流（力矩）。驅(qū)動(dòng)器調(diào)整負(fù)載率以保持命令電流值。如果驅(qū)動(dòng)器可以速度或位置環(huán)工作，一般都含有此模式。 IR補(bǔ)償模式   輸入命令控制電機(jī)速度。IR補(bǔ)償模式可用于控制無速度反饋裝置電機(jī)的速度。驅(qū)動(dòng)器會(huì)調(diào)整負(fù)載率來補(bǔ)償輸出電流的變動(dòng)。當(dāng)命令響應(yīng)為線性時(shí)，在力矩?cái)_動(dòng)情況下，此模式的精度就比不上閉環(huán)速度模式了。 Hall速度模式   輸入命令電壓控制電機(jī)速度。此模式利用電機(jī)上hall傳感器的頻率

14、來形成速度閉環(huán)。 由于hall傳感器的低分辨率，此模式一般不用于低速運(yùn)動(dòng)應(yīng)用。 編碼器速度模式   輸入命令電壓控制電機(jī)速度。此模式利用電機(jī)上編碼器脈沖的頻率來形成速度閉環(huán)。由于編碼器的高分辨率，此模式可用于各種速度的平滑運(yùn)動(dòng)控制。 測速機(jī)模式   輸入命令電壓控制電機(jī)速度。此模式利用電機(jī)上模擬測速機(jī)來形成速度閉環(huán)。由于直流測速機(jī)的電壓為模擬連續(xù)性，此模式適合很高精度的速度控制。當(dāng)然，在低速情況下，它也容易受到干擾。 模擬位置環(huán)模式(ANP 模式)   輸入命令電壓控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。這其實(shí)是一種在模擬裝置中提供位置反饋的變化的速度模

15、式（如可調(diào)電位器、變壓器等）。在此模式下，電機(jī)速度正比于位置誤差。且具有更快速的響應(yīng)和更小的穩(wěn)態(tài)誤差。 20，驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)如何接地？ a. 如果在交流電源和驅(qū)動(dòng)器直流總線（如變壓器）之間沒有隔離的話，不要將直流總線的非隔離端口或非隔離信號的地接大地，這可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞和人員傷害。因?yàn)榻涣鞯墓搽妷翰⒉皇菍Υ蟮氐?，在直流總線地和大地之間可能會(huì)有很高的電壓。 b. 在多數(shù)伺服系統(tǒng)中，所有的公共地和大地在信號端是接在一起的。多種連接大地方式產(chǎn)生的地回路很容易受噪音影響而在不同的參考點(diǎn)上產(chǎn)生電流。c. 為了保持命令參考電壓的恒定，要將驅(qū)動(dòng)器的信號地接到控制器的信號地。 它也會(huì)接到外部電源的地，這將影

16、響到控制器和驅(qū)動(dòng)器的工作（如：編碼器的5V電源）。 d. 屏蔽層接地是比較困難的，有幾種方法。正確的屏蔽接地處是在其電路內(nèi)部的參考電位點(diǎn)上。這個(gè)點(diǎn)取決于噪聲源和接收是否同時(shí)接地，或者浮空。要確保屏蔽層在同一個(gè)點(diǎn)接地使得地電流不會(huì)流過屏蔽層。21， 減速器為什么不能和電機(jī)正好相配在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩點(diǎn)? 如果考慮到電機(jī)產(chǎn)生的經(jīng)過減速器的最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩，許多減速比會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過減速器的轉(zhuǎn)矩等級。 如果我們要設(shè)計(jì)每個(gè)減速器來匹配滿轉(zhuǎn)矩，減速器的內(nèi)部齒輪會(huì)有太多組合(體積較大、材料多)。 這樣會(huì)使得產(chǎn)品價(jià)格高，且違反了產(chǎn)品的“高性能、小體積”原則。22，我如何選擇使用行星減速器還是正齒輪減速器? 行星減速器一般用于在

17、有限的空間里需要較高的轉(zhuǎn)矩時(shí)，即小體積大轉(zhuǎn)矩，而且它的可靠性和壽命都比正齒輪減速器要好。正齒輪減速器則用于較低的電流消耗，低噪音和高效率低成本應(yīng)用。部分伺服驅(qū)動(dòng)器故障檢查方法參考: 現(xiàn)象   可能原因   糾正方法 示波器檢查驅(qū)動(dòng)器的電流監(jiān)控輸出端時(shí)，發(fā)現(xiàn)它全為噪聲，無法讀出   電流監(jiān)控輸出端沒有與交流電源相隔離（變壓器）   可以用直流電壓表檢測觀察 電機(jī)在一個(gè)方向上比另一個(gè)方向跑得快   無刷電機(jī)的相位搞錯(cuò)   檢測或查出正確的相位 在不用于測試時(shí)，測試/偏差開關(guān)打在測

18、試位置   將測試/偏差開關(guān)打在偏差位置 偏差電位器位置不正確   重新設(shè)定 電機(jī)失速   速度反饋的極性搞錯(cuò)   可以嘗試以下方法：1.     如果可能，將位置反饋極性開關(guān)打到另一位置。（某些驅(qū)動(dòng)器上可以）2.     如使用測速機(jī)，將驅(qū)動(dòng)器上的TACH+和TACH-對調(diào)接入。3. 如使用編碼器，將驅(qū)動(dòng)器上的ENC A和ENC B對調(diào)接入。4.   如在HALL速度模式下，將驅(qū)動(dòng)器上的HALL-1和HALL-3對

19、調(diào)，再將Motor-A和Motor-B對調(diào)接好。 編碼器速度反饋時(shí)，編碼器電源失電   檢查連接5V編碼器電源。確保該電源能提供足夠的電流。如使用外部電源，確保該電壓是對驅(qū)動(dòng)器信號地的。 LED燈是綠的,但是電機(jī)不動(dòng)   一個(gè)或多個(gè)方向的電機(jī)禁止動(dòng)作   檢查+INHIBIT 和 INHIBIT 端口  命令信號不是對驅(qū)動(dòng)器信號地的   將命令信號地和驅(qū)動(dòng)器信號地相連 上電后，驅(qū)動(dòng)器的LED燈不亮   供電電壓太低，小于最小電壓值要求   檢查并提高供電電

20、壓 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， LED燈閃爍   HALL相位錯(cuò)誤   檢查電機(jī)相位設(shè)定開關(guān)(60°/120°)是否正確。 多數(shù)無刷電機(jī)都是120°相差。 HALL傳感器故障   當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)檢測Hall A, Hall B, Hall C的電壓。電壓值應(yīng)該在5VDC和0之間。 LED燈始終保持紅色   存在故障   原因: 過壓、欠壓、短路、過熱、驅(qū)動(dòng)器禁止、HALL無效 23， 何為負(fù)載率(duty cycle)? 負(fù)載率(duty cycle)是指電機(jī)在每個(gè)工作周期內(nèi)的工

21、作時(shí)間/（工作時(shí)間+非工作時(shí)間）的比率。如果負(fù)載率低，就允許電機(jī)以3倍連續(xù)電流短時(shí)間運(yùn)行，從而比額定連續(xù)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生更大的力量。24，標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路可以用于直線電機(jī)嗎？ 一般都是可以的。你可以把直線電機(jī)就當(dāng)作旋轉(zhuǎn)電機(jī)，如直線步進(jìn)電機(jī)、有刷、無刷和交流直線電機(jī)。具體請向供應(yīng)商咨詢。25，直線電機(jī)是否可以垂直安裝，做上下運(yùn)動(dòng)？ 可以。根據(jù)用戶的要求，垂直安裝時(shí)我們可以加裝動(dòng)子滑塊平衡裝置或加裝導(dǎo)軌抱閘剎車。26，在同一個(gè)平臺(tái)上可以安裝多個(gè)動(dòng)子嗎？ 可以。只要幾個(gè)動(dòng)子之間不互相妨礙即可。27，是否可以將多個(gè)無刷電機(jī)的動(dòng)子線圈安裝于同一個(gè)磁軌道上？ 可以。只要幾個(gè)動(dòng)子之間不互相妨礙即可。28，A

22、MS的直線電機(jī)是否可以用于特殊環(huán)境，如水濺、真空、潔凈室、輻射等環(huán)境？ 可以提供。具體請與我們聯(lián)系。29，使用直線電機(jī)比滾珠絲桿的線性電機(jī)有何優(yōu)點(diǎn)？ 由于定子和動(dòng)子之間沒有機(jī)械連接，所以消除了背隙、磨損、卡死問題，運(yùn)動(dòng)更加平滑。突出了更高精度、高速度、高加速度、響應(yīng)快、運(yùn)動(dòng)平滑、控制精度高、可靠性好體積緊湊、外形高度低、長壽命、免維護(hù)等特點(diǎn)。30，你們的滑臺(tái)可以做多個(gè)組合一起使用嗎？ 是的?？梢越M合為XY, XZ, YZ, XYZ及其它靈活組合。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇與計(jì)算葉文卿 （眉山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 眉山 620020）【摘 要】本文以C616車床改為開環(huán)式數(shù)控車床的設(shè)計(jì)計(jì)算，為根據(jù)車床參數(shù)，

23、選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)提供了可靠易行的計(jì)算方法和步驟。【關(guān)鍵字】轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 負(fù)載起動(dòng)性能數(shù)控產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)工作系統(tǒng)的力學(xué)模型，計(jì)算選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的規(guī)格型號，是進(jìn)行數(shù)控產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的參數(shù)決定著數(shù)控系統(tǒng)中各功能模塊的性能參數(shù)，各功能模塊都要與電動(dòng)機(jī)相匹配，這里以用普通車床C616改為簡易數(shù)控車床為例。說明步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算過程。1 c616車床的各參數(shù)11改進(jìn)后的傳動(dòng)系統(tǒng)簡易數(shù)控車床即開環(huán)式控制將c616車床的縱向進(jìn)給系統(tǒng)常采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾軸絲桿，帶動(dòng)裝有刀架的拖板作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。其工作原理如圖改進(jìn)后的車床傳動(dòng)系統(tǒng) 1.小刀架 2.橫向步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 3.橫向滾珠絲桿

24、 4.大拖板 5.縱向滾珠絲桿 6.縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1.2 各參數(shù)各拖板重量w=1500N拖板與導(dǎo)軌貼塑板間摩擦系數(shù)U=0.06 最大走刀抗力FZ（與運(yùn)動(dòng)方向相反）=1400N 最大主切削力FY（與導(dǎo)軌垂直）=2800N（最大走刀抗力和主切削力可根據(jù)普通C616車床的電動(dòng)機(jī)功率和車削時(shí)車刀的主偏角為900 時(shí)計(jì)算而得出） 拖板進(jìn)給速V1 =10500毫米/分 車刀空行程速度V2 =200毫米/分 滾珠絲桿導(dǎo)程L=6毫米 滾珠絲桿節(jié)圓直徑d0 =30毫米 絲桿總長L=1000毫米 定位精度0.01毫米2 確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號2.1脈沖當(dāng)量的選擇脈沖當(dāng)量：一個(gè)指令脈沖使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)拖動(dòng)的移動(dòng)距離=

25、0。01mm/p（輸入一個(gè)指令脈沖工作臺(tái)移動(dòng)0.01毫米）初選之相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角0.750 /1.50 ，當(dāng)三相六拍運(yùn)行時(shí)，步距角=0.750 其每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)S=480 p/r步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿間的傳動(dòng)比ii= =1.25在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿之間加Z1 =20，Z2 =25 模數(shù)m=2.5的一對齒輪。齒輪的模數(shù)根據(jù)c616車床，掛輪齒類比確定。2.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩TLF TLF = = 車削加工時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL TL = =u- 摩擦系數(shù)w-拖板重量L-導(dǎo)程i-傳動(dòng)比FZ-最走刀抗力Fy -最大切削力（N）-滾動(dòng)絲桿傳動(dòng)效率2.3 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)

26、慣量JsJs=Kg.m2拖板的運(yùn)動(dòng)慣量Jw=kg.m2大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jg2（大齒接圓直徑62.5毫米 寬10毫米）Jg2 =kg.m2小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jg1（小齒接圓直徑50毫米 寬12毫米）換算系列電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JLkg.m2 換算到電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL = =7.3310-4 Kg.m22.4 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號根據(jù)車削時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)距TL=1.58N.M和電動(dòng)機(jī)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL=7.33x10-4,初步選定電動(dòng)型號為110BF003反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)的最大靜扭距Tmax=8.1N.M，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jm=4.710-4kg.m2為了使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)能力及較快的響應(yīng)

27、速度應(yīng)為： 及空載時(shí)起動(dòng)時(shí)間計(jì)算（ta）110BF003步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最小加、減速度時(shí)間為1秒帶慣性負(fù)載的最大起動(dòng)頻率fL的計(jì)算電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率帶慣性負(fù)載的最大轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分帶慣性負(fù)載起動(dòng)力矩Tm電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩-頻率特性曲線Tm 負(fù)載時(shí)起動(dòng)時(shí)間tata=該電機(jī)帶慣性負(fù)載時(shí)能夠起動(dòng)2.5速度驗(yàn)算 空行程快速移動(dòng)速度的驗(yàn)算從電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩-頻率特性曲線查得fmax=6000HZ時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩0.9N.M>TLF=0.086N.M（空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩）工作行程速度計(jì)算當(dāng)T=1.584N.M時(shí)，電動(dòng)機(jī)對應(yīng)頻率f3000HZ以上計(jì)算，選該型號步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，無論是起動(dòng)性能，還是空行程快速進(jìn)給，還是工作行進(jìn)給速

28、度都能滿足c616車床的設(shè)計(jì)要求3 結(jié)論3.1 根據(jù)普通車床的電機(jī)和切削速度計(jì)算出最大切削力和走刀抗力FC= FZ（車刀主偏角900，零件材料45#鋼）3.2 計(jì)算出空載時(shí)摩擦轉(zhuǎn)矩TLF 和加工時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL 3.3 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)換算到電機(jī)軸上的總慣量JL 3.4初選步進(jìn)電動(dòng)型號： TM3.5校核電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能，驗(yàn)算空行程速度和工作行程速度 選定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)后，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)，為數(shù)控系統(tǒng)，特別是輸出接口，驅(qū)動(dòng)電源模塊型號的選擇提供依據(jù)?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】 （補(bǔ)充完整）格式要求：作者.書名.出版社名稱.出版日期. 【1】機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì). 【2】數(shù)控車床原理. 【3】金屬切削手冊. 【4】工

29、程力學(xué).【5】機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。     步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。     選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械

30、系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。     選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。     選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的

31、慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。 選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算： （1）計(jì)算齒輪的減速比 根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，齒輪減速比i計(jì)算如下: i=(.S)/(360.) (1-1) 式中 -步進(jìn)電機(jī)的步距角（o/脈沖） S -絲桿螺距（mm) -(mm/脈沖） （2）計(jì)算工作臺(tái)，絲桿以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量Jt。 Jt=J1+（1/i2)(J2+Js）+W/g（S/2)2 （1-2） 式中Jt -折算至電機(jī)軸上的慣量(Kg.cm.s2) J1、J2 -齒輪慣量(Kg.cm.s2) Js -絲桿慣量(Kg.cm.s2) W-工作臺(tái)重量（N） S -絲

32、桿螺距（cm） （3）計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩M M=Ma+Mf+Mt （1-3） Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×102 （1-4） 式中Ma -電機(jī)啟動(dòng)加速力矩（N.m) Jm、Jt-電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(Kg.cm.s2) n-電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（r/min） T-電機(jī)升速時(shí)間（s） Mf=(u.W.s)/(2i)×102 （1-5） Mf-導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（N.m) u-摩擦系數(shù) -傳遞效率 Mt=(Pt.s)/(2i)×102 （1-6） Mt-切削力折算至電機(jī)力矩（N.m) Pt-最大切削力（N） （4）負(fù)載起動(dòng)頻率估算。數(shù)控系

33、統(tǒng)控制電機(jī)的啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為 fq=fq0(1-(Mf+Mt)/Ml）÷(1+Jt/Jm) 1/2 （1-7） 式中fq-帶載起動(dòng)頻率（Hz） fq0-空載起動(dòng)頻率 Ml-起動(dòng)頻率下由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩（N.m) 若負(fù)載參數(shù)無法精確確定,則可按fq=1/2fq0進(jìn)行估算. （5）運(yùn)行的最高頻率與升速時(shí)間的計(jì)算。由于電機(jī)的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率 時(shí)，由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并留有足夠的余量。 （6）負(fù)載力矩和最大靜力矩Mmax。負(fù)載力矩可按式（1-5）和式（1-6）計(jì)算，電機(jī)在最大進(jìn)給速度時(shí)，由矩頻特性決定的電機(jī)輸

34、出力矩要大于Mf與Mt之和，并留有余量。一般來說，Mf與Mt之和應(yīng)小于（0.2 0.4)Mmax.步進(jìn)電機(jī)的選擇    （一）步進(jìn)電機(jī)的選擇    步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號便確定下來了。        1、步距角的選擇    電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括

35、減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度 （三相電機(jī)）等。        2、靜力矩的選擇    步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮

36、摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來（幾何尺寸）        3、電流的選擇    靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）        綜上所述選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循以下步驟：    4、力矩與功率換算 

37、   步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：     P= ·M     =2·n/60     P=2nM/60     其P為功率單位為瓦，為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓·米     P=2fM/400(半步工作）   &#

38、160; 其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS)         （二）、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用中的注意點(diǎn)    1、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場合-每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，（0.9度時(shí)6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。        2、步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。   

39、60;    3、由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12V電壓的電機(jī)使用12V外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源， 不過要考慮溫升。        4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號電機(jī)。        5、電機(jī)在較高速或

40、大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。        6、高精度時(shí)，應(yīng)通過機(jī)械減速、提高電機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來解決，也可以采用5相電機(jī)，不過其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。        7、電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。     &#

41、160;  8、電機(jī)在600PPS（0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動(dòng)。        9、應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。原文縮略主要設(shè)計(jì)內(nèi)容（一）總體方案的確定根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)確定系統(tǒng)的總體機(jī)械和控制系統(tǒng)方案：進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方案的確定，伺服電機(jī)類型及調(diào)速方案確定，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇。進(jìn)行方案的分析、比較和論證。1. 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到運(yùn)動(dòng)精度要求不高，為簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。2. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用

42、MCS-51系列中的8031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機(jī)的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，性價(jià)比高。控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。3. XY工作臺(tái)的傳動(dòng)方式為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動(dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和工作載荷不大，故選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺(tái)的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。考慮電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求

43、，以及考慮步進(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動(dòng)。.論文目錄目錄一 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和意義- 2二 畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目及要求- 2三 進(jìn)度安排- 2四 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容- 21） 總體方案的確定- 22） 機(jī)械部分設(shè)計(jì)- 33） 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)- 64） 系統(tǒng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)- 10參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)：1.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 張建民等編著高等教育出版社2.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)指導(dǎo) 傅曉林 編 3.rotel電路設(shè)計(jì)教程 江思敏胡榮等編著高等教育出版社4.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊 吳宗澤 羅圣國 主編 高等教育出版社5.微機(jī)原理及接口技術(shù) 劉甘娜馬瑞芳馮剛主編西安交通大學(xué)出版社6.機(jī)械設(shè)計(jì) 濮良貴紀(jì)名剛主編 高等教育出

44、版社7.單片機(jī)基礎(chǔ) 李廣第 編著 北京航空航天大學(xué)出版社8.電路 邱關(guān)源主編高等教育出版社步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)比較選擇2007-01-20 13:15 步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。1.控制精度不同 

45、      兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為3.6°、 1.8°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，其步距角為0.09°；德國百格拉公司（BERGER LAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。      交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/