毕业设计（论文）-步进驱动系统设计

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1、江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第一章步进驱动系统设计1.1系统方案设计在机电一体化产品中，典型的开环控制位置伺服系统是简易数控机床（本实验室自制数控平台）及X-Y数控工作台等，其结构原理如图2-1所示。各种开环伺服系统在结构原理上大同小异，其方案设计实质上就是在图2-1的基础上选择和确定各构成环节的具体实现方案。图1-1开环伺服系统结构原理框图1.1.1本次课程设计和综合训练方案的选择对于我们这次的课程设计和综合训练，各种选择不一定与实际自制数控平台完全一致，可以根据任务书中给定的设计要求进行选择。第34页共4

2、9页江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）执行元件选用功率步进电机，但步进电机的功率需要通过计算后选定电机的型号；传动方案选择带有降速齿轮箱的丝杠螺母传动机构，但在已知丝杠导程和步进电机步距角的情况下，必须计算降速齿轮箱传动比、查询丝杠的型号，以满足脉冲当量的要求；执行机构选用拖板导轨；控制系统中微控制器采用单片机控制方式，步进电机控制方式采用带有硬件环行分配器的驱动器，在共地的情况下，给该驱动器提供一路进给脉冲、另一路高（低）电平方向控制电位即可。1.1.2传动比计算和步进电机的选择步进电动机是一种将脉冲信号变换成角

3、位线（或线位移）的电磁装置，步进电机的角位移量和角速度分别与指令脉冲的数量和频率成正比，在时间上与输入脉冲同步，而且旋转方向决定于脉冲电流的通电顺序。因此只需控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电顺序，便可控制执行部件位移、速度和运动方向。在无脉冲输入时，在绕组电源激励下机按其输出扭矩的大小，可分为快速步进电动机与功率步进电动机；按其励磁相数可分为三相、四相、五相、六相；按其工作原理可以分为永磁式（PM）、反应式（VR）和混合式（HB）。步进伺服结构简单，符合系统数字化发展需要，但精度差、能耗高、速度低，且其功率越大

4、移动速度越低。特别是步进伺服易于失步，使其主要用于速度与精度要求不高的经济型数控机床及旧设备改造。1、减速器的传动比计算：i=αp/360δp其中：表示步进电机步距角，两个方向由任务书给出；：表示丝杠的导程，两个方向由任务书给出；：表示脉冲当量，两个方向由任务书给出。根据上述公式可以得出减速器传动比的大小。第34页共49页江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）纵向：i1=αp/（360δp）=(1.8×3)/(360×0.015)=1横向：i2=αp/（360δp）=(1.8×5)/(360×0.015)=1.67X方

5、向脉冲个数:n===2667Z方向脉冲个数:n===26722、步进电机所需力矩计算：选择步进电机应按照电机额定输出转矩T≥电机所需的最大转矩Tmax的原则，首先计算电机所需的负载转矩。作用在步进电机轴上的总负载转矩T可按下面简化公式计算：式中，为启动加速引起的惯性力矩，为拖板重力和拖板上其它力折算到电机轴上的当量摩擦力矩，为加工负载折算到电机轴上的负载力矩，为因丝杠预紧引起的力折算到电机轴上的附加摩擦转矩；为电机转动惯量；为折算到电机轴上的等效转动惯量；为启动时的角加速度；第34页共49页江苏技术师范学院毕业设计说明

6、书（论文）由任务书中给出，由任务中的空载启动时间和最大进给速度计算得到；：为丝杠导程，由任务书中给出；：为拖板重力和主切削力引起丝杠上的摩擦力，，拖板重量由任务书中给出，注意：在计算纵向力时（选择纵向电机），拖板重量为两个拖板的重量之和，在计算横向力（选择横向电机）时，为小拖板重量，钢与钢的摩擦系数可查资料，一般为0.05~0.2左右；：在选择横向电机时，为工作台上的最大横向载荷，通过给定吃刀抗力Fy得到；在选择纵向电机时，为工作台上的最大纵向载荷，通过给定吃刀抗力Fx得到；：为丝杠螺母副的预紧力，设取的1/5~1/3

7、；：为伺服进给系统的总效率，取为0.8；：为减速器传动比。Jm+Je=0.09N.m²启动时ε===()=52.33rad/m²3)Fu:横向力Fu=(mg+Fz)×u=(150+400﹢1200)×0.15=262.5N纵向力Fu=(mg+Fz)×u=(150+1200)×0.15=202.5N4)Fw:横向力Fw=(mg+Fy)×u=(400+400)×0.15=120N纵向力Fw=(mg+Fx)×u=(150+900)×0.15=157.5N第34页共49页江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）5)Fo:横向力F

8、o=Fw（1/5~1/3）=24~40N取Fo=35N纵向力Fo=Fw（1/5~1/3）=31.4~52.4N取Fo=40N由下式可得：横向：=4.210N.m纵向：=4.208N.m一般启动时为空载，于是空载启动时电动机轴上的总负载转矩为：=++代入上式计算可得：Tq纵=4.133N.mTq横=4.138N.m在最大外载荷下工作