数控车床进给系统步进电动机的计算与选型

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1、数控车床进给系统步进电动机的计算与选型微机数控车床进给系统广泛采用了步进电动机,目前对于步进电动机的计算与选型有多种不同的方法。1、步进电机性能指标的计算:微机数控车床进给系统步进电动机的计算与选型,按照以下几个步骤:(1)根据机械系统结构,求得加在步进电动机转轴上的总转动惯量J(2)计算不同工况下加在步进电动机转轴上的等效负载转矩T(3)取其中最大的等效负载转矩作为确定步进电动机最大静转矩的依据;(4)根据电动机的运行矩频特性、起动惯频特性等,对初选的步进电动机进行校核。111步进电动机转轴上的总转动惯量J的计算加在步进电动机转轴上的总

2、转动惯量J是进给伺服系统的主要参数之一,它对选择电动机具有重要意义。J主要包括电动机转子的转动惯量、减速装置与滚珠丝杠以及移动部件等折算到电动机转轴上的转动惯量等。112步进电动机转轴上的等效负载转矩T的计算步进电动机转轴所承受的负载转矩在不同工况下是不同的。在数控机床进给系统中,主要应考虑两种典型情况:(1)是快速空载起动(工作负载为0),(2)承受最大工作负载。(1)快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩Teq1:T1=Tmax+Tf+T0(1)式中:Tmax为快速空载起动时折算到电动机转轴上最大加速转矩,单位为N#m;Tf为移动部

3、件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩,单位为N#m;T0为滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩,单位为N#m。具体计算过程如下:快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩:Tamax=J.E=2PJnm/60ta(2)式中:J为步进电动机转轴上的总转动惯量,单位为kg#m2;E为电动机转轴的角加速度,单位为rad/s2;nm为电动机的转速,单位为r/min;ta为电动机加速所用时间,单位为s,一般在0.13~1s之间选取。移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩:Tf=F摩Ph/2PGi(3)式中:F摩为导轨的摩擦力,单位

4、为N;Ph为滚珠丝杠导程,单位为m;G为传动链总效率,一般取G=017~0185;i为总的传动比,i=nm/ns,其中nm为电动机转速,ns为丝杠的转速。上式中导轨的摩擦力为:F摩=L(Fc+G)(4)式中:L为导轨的摩擦因数(滑动导轨取0115~0118,滚动导轨取01003~01005);Fc为垂直方向的工作负载,单位为N,空载时FC=0;G为运动部件的总重力,单位为N。滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩:T0=FYJPh/2PGi(1-G0•G0)(5)式中:FYJ为滚珠丝杠的预紧力,一般取滚珠丝杠工作载荷Fm的1/3,

5、单位为N;G0为滚珠丝杠未预紧时的传动效率,一般取G019。由于滚珠丝杠副的传动效率很高,所以由式(5)算出的T0值很小,与Tamax和Tf比起来,通常可以忽略不计。(2)最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩Teq2:Teq2=Tt+Tf+T0(6)式中Tf和T0分别按式(3)、(5)进行计算。而折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩Tt由下式计算:Tt=TfPh/2PGi(7)式中:Ff为进给方向最大工作载荷,单位为N。经过上述计算后,加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩应为:Teq=max{Teq1,Teq2}(8)2、步

6、进电机初选与性能校核211电动机的初选将上述计算所得的Teq乘上一个系数K,用K@Teq的值来初选步进电动机的最大静转矩,系数K称作安全系数。当电网电压降低时,步进电动机的输出转矩会下降,可能造成丢步,甚至堵转。所以,在选择步进电动机最大静转矩的时候,需要考虑安全系数K,一般应在215~4之间选取。212性能校核的步骤与方法对于初选好的步进电动机,还需要按以下步骤进行性能校核。(1)最快工作进给速度时电动机输出转矩校核由最快工作进给速度vmaxf(mm/min)和系统脉冲当量D(mm),可计算出电动机对应的运行频率为:fmaxf=vmax

7、f/60D(9)从初选的步进电动机的矩频特性曲线,找出运行频率fmaxf所对应的输出转矩Tmaxf,检查Tmaxf是否大于最大工作负载转矩Teq2。若是,则满足要求;若否,则需要重新选择电动机。（2）最快空载移动时电动机输出转矩校核由最快空载移动速度vmax(mm/min)和系统脉冲当量D(mm),算出电动机对应的运行频率fmax,再从矩频特性曲线上找出fmax所对应的输出转矩Tmax。检查Tmax是否大于快速空载起动时的负载转矩Teq1。若是,则满足要求;否则,需要重新选择电动机。(3)最快空载移动时电动机运行频率校核由最快空载移动速度

8、vmax(mm/min)和系统脉冲当量D(mm),算出电动机对应的运行频率fmax。检查fmax有没有超出所选电动机的极限空载运行频率。(4)起动频率的校核步进电动机的起动频率是随其轴上负载转