步進電機選擇的詳細計算過程

1、1, 如何正確選擇伺服電機和步進電機？主要視具體應(yīng)用情況而定，簡單地說要確定：負載的性質(zhì)（如水平還是垂直負載等），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， 電壓圍。據(jù)此以確定電機和配用驅(qū)動器或控制器的型號。2，選擇步進電機還是伺服電機系統(tǒng)？其實，選擇什么樣的電機應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況而定，各有其特點。請見下表，自然明白。 步進電機系統(tǒng)伺服電機系統(tǒng)力矩圍中小力矩（一般在20Nm以下）小,全圍速度圍低（一般在2000RPM以下，大力矩電機小于1000RPM直流伺服電機更可達12萬

2、轉(zhuǎn)/分 控制方式主要是位置控制平滑性 精度 矩頻特性 過載特性 反饋方式 編碼器類型 響應(yīng)速度 耐振動 溫升 維護性 價格 3,如何配用步進電機驅(qū)動器？ 根據(jù)電機的電流，配用大于或等于此電流的驅(qū)動器。如果需要低振動或高精度時，可配用 細分型驅(qū)動器。對于大轉(zhuǎn)矩電機，盡可能用高電壓型驅(qū)動器，以獲得良好的高速性能。主要是位置控制多樣化智能化的控制方式，位置低速時有振動（但用細分型驅(qū)動器則可明顯改善） 般較低，細分型驅(qū)動時較高高速時，力矩下降快過載時會失步大多數(shù)為開環(huán)控制，也可接編碼器好運行溫度高基本可以免維護低 高高（可達5000RPM,/轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩方式 好，運行平滑 高（具體要看反饋裝置的分辨率）

3、 力矩特性好，特性較硬可310倍過載（短時），防止失步閉環(huán)方式，編碼器反饋光電型旋轉(zhuǎn)編碼器（增量型/絕對值型），旋轉(zhuǎn)變壓器型快 般（旋轉(zhuǎn)變壓器型可耐振動） 一般較好4, 2相和5相步進電機有何區(qū)別，如何選擇？2相電機成本低，但在低速時的震動較大，高速時的力矩下降快。5相電機則振動較小,高速性能好，比2相電機的速度高3050%可在部分場合取代伺服電機。5, 何時選用直流伺服系統(tǒng)，它和交流伺服有何區(qū)別？直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便 （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

4、。無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定。控 制復(fù)雜，容易實現(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。電機免維 護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動控制中一般都用同步電機， 它的功率圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動速度低，且隨著功率增大而快速 降低。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應(yīng)用。6, 使用電機時要注意的問題？上電運行前要作如下檢查：1）電源電壓是否合適（過壓很可能造成驅(qū)動模塊的損壞）；對于直流輸入的+/-極性一定不能接錯，驅(qū)動控制器上的電機型號或電流設(shè)定

5、值是否合適（開始時不要太大）；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）不要開始時就把需要接的線全接上，只連成最基本的系統(tǒng)，運行良好后，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）開始運行的半小時要密切觀察電機的狀態(tài)，如運動是否正常，聲音和溫升情況，發(fā)現(xiàn) 問題立即停機調(diào)整。7, 步進電機啟動運行時，有時動一下就不動了或原地來回動，運行時有時還會失步，是 什么問題？一般要考慮以下方面作檢查：1）電機力矩是否足夠大，能否帶動負載，因此我們一般推薦用戶選型時要選用力矩比實 際需要大50%100的電機，因為步進電機不能過負載運行，哪怕是瞬間，都會造成失步，

6、嚴(yán)重時停轉(zhuǎn)或不規(guī)則原地反復(fù)動。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 CMO電路，則也要 選用CMO輸入型的驅(qū)動器。3）啟動頻率是否太高，在啟動程序上是否設(shè)置了加速過程，最好從電機規(guī)定的啟動頻率 開始加速到設(shè)定頻率，哪怕加速時間很短，否則可能就不穩(wěn)定，甚至處于惰態(tài)。4）電機未固定好時，有時會出現(xiàn)此狀況，則屬于正常。因為，實際上此時造成了電機的強烈共振而導(dǎo)致進入失步狀態(tài)。電機必須固定好。5）對于5相電機來說，相位接錯，電機也不能工作。8，我想通過通訊方式直接控制伺服電機，可以嗎？可

7、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)，最好用伺服運動控制卡，一般它上面有DSP和高速度的邏輯處理電路，以實現(xiàn)高速高精度的運動控制。如 S加速、多軸插補等。9，用開關(guān)電源給步進和直流電機系統(tǒng)供電好不好？一般最好不要，特別是大力矩電機，除非選用比需要的功率大一倍以上的開關(guān)電源。因為,電機工作時是大電感型負載，會對電源端形成瞬間的高壓。而開關(guān)電源的過載性能不好， 會保護關(guān)斷，且其精密的穩(wěn)壓性能又不需要，有時可能造成開關(guān)電源和驅(qū)動器的損壞?？?以用常規(guī)的環(huán)形或R型變壓器變壓的直流電源。10, 我想用土 10V或420mA勺直流電壓來控制步進電機，可

8、以嗎？可以，但需要另外的轉(zhuǎn)換模塊。11, 我有一個的伺服電機帶編碼器反饋，可否用只帶測速機口的伺服驅(qū)動器控制？可以，需要配一個編碼器轉(zhuǎn)測速機信號模塊。12，伺服電機的碼盤部分可以拆開嗎？禁止拆開，因為碼盤的石英片很容易破裂，且進入灰塵后，壽命和精度都將無法保證，需 要專業(yè)人員檢修。13, 步進和伺服電機可以拆開檢修或改裝嗎？不要，最好讓廠家去做，拆開后沒有專業(yè)設(shè)備很難安裝回原樣，電機的轉(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，電機力矩大大下降。14, 幾臺伺服電機可以作同步運行嗎？我們的產(chǎn)品是可以的。15, 伺服控制器能夠感知外部負載的變化嗎？我們的產(chǎn)品是可以的，如遇到設(shè)定

9、阻力時停止、返回或保持一定的推力跟進。16，可以將國產(chǎn)的驅(qū)動器或電機和國外優(yōu)質(zhì)的電機或驅(qū)動器配用嗎？原則上是可以的，但要搞清楚電機的技術(shù)參數(shù)后才能配用，否則會大大降低應(yīng)有的效果，甚至影響長期運行和壽命。最好向供應(yīng)商咨詢后再決定。17,使用大于額定電壓值的直流電源電壓驅(qū)動電機安全嗎 ？正常來說這不是問題，只要電機在所設(shè)定的速度和電流極限值運行。因為電機速度與電機 線電壓成正比，因此選擇某種電源電壓不會引起過速，但可能發(fā)生驅(qū)動器等故障。此外,必須保證電機符合驅(qū)動器的最小電感系數(shù)要求，而且還要確保所設(shè)定的電流極限值小于或 等于電機的額定電流。事實上，如果你能在你設(shè)計的裝置中讓電機跑地比較慢的話（低于

10、額定電壓），這是很好的。以較低的電壓（因此比較低的速度）運行會使得電刷運轉(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壽命。另一方面，如果電機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)動電機也是可以的，但會犧牲產(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)的電壓 降而不同。驅(qū)動器的電流值應(yīng)該足夠傳送應(yīng)用所需的能量。記住驅(qū)動器的輸出電壓值與供 電電壓不同，因此驅(qū)動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 算此應(yīng)用所有的功率需求，再增加 5%按I =

11、 P/V公式計算即可得到所需電流值。19, 對于伺服驅(qū)動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)動器中）開環(huán)模式輸入命令電壓控制驅(qū)動器的輸出負載率。此模式用于無刷電機驅(qū)動器，和有刷電機驅(qū)動器的電壓模式相同。電壓模式輸入命令電壓控制驅(qū)動器的輸出電壓。此模式用于有刷電機驅(qū)動器，和無刷電機驅(qū)動器的開環(huán)模式相同。電流模式（力矩模式）輸入命令電壓控制驅(qū)動器的輸出電流（力矩）。驅(qū)動器調(diào)整負載率以保持命令電流值。如果驅(qū)動器可以速度或位置環(huán)工作，一般都含有此模式。IR補償模式輸入命令控制電機速度。IR補償模式可用于控制無速度反饋裝置電機的速度。驅(qū)動器會調(diào)整負載率來補償輸出電流的變

12、動。當(dāng)命令響應(yīng)為線性時，在力矩擾動情 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速度。此模式利用電機上hall傳感器的頻率來形成速度閉環(huán)。 由于hall傳感器的低分辨率，此模式一般不用于低速運動應(yīng)用。編碼器速度模式輸入命令電壓控制電機速度。此模式利用電機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動控制。測速機模式輸入命令電壓控制電機速度。此模式利用電機上模擬測速機來形成速度閉環(huán)。由于直流測速機的電壓為模擬連續(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

13、電壓控制電機的轉(zhuǎn)動位置。這其實是一種在模擬裝置中提供位置反饋的變化的速度模式（如可調(diào)電位器、變壓器等）。在此模式下，電 機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)動器和系統(tǒng)如何接地？a. 如果在交流電源和驅(qū)動器直流總線（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，這可能會導(dǎo)致設(shè)備損壞和人員傷害。因為交流的公共 電壓并不是對的，在直流總線地和之間可能會有很高的電壓。b. 在多數(shù)伺服系統(tǒng)中，所有的公共地和在信號端是接在一起的。多種連接方式產(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)動器的

14、信號地接到控制器的信號地。它也會接到外部電源的地，這將影響到控制器和驅(qū)動器的工作（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部的參考電位 點上。這個點取決于噪聲源和接收是否同時接地，或者浮空。要確保屏蔽層在同一個點接 地使得地電流不會流過屏蔽層。21，減速器為什么不能和電機正好相配在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩點 ？如果考慮到電機產(chǎn)生的經(jīng)過減速器的最續(xù)轉(zhuǎn)矩，許多減速比會遠遠超過減速器的轉(zhuǎn)矩等級。如果我們要設(shè)計每個減速器來匹配滿轉(zhuǎn)矩， 減速器的部齒輪會有太多組合（體積較大、 材料多）。這樣會使得產(chǎn)品價格高，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

15、星減速器還是正齒輪減速器 ？行星減速器一般用于在有限的空間里需要較高的轉(zhuǎn)矩時，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)動器的電流監(jiān)控輸出端時，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在一個方向上比另一個方向跑得快無刷電機的相位搞錯檢測或查出正確的相位在不用于測試時，測試/偏差開關(guān)打在測試位置將測試/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)定電機失速速度反饋的極性搞錯可以嘗試以下方法：1.

16、如果可能，將位置反饋極性開關(guān)打到另一位置。（某些驅(qū)動器上可以）2. 如使用測速機，將驅(qū)動器上的 TACH和TACH對調(diào)接入。3. 如使用編碼器，將驅(qū)動器上的 ENC A和ENC B對調(diào)接入。4. 如在HALL速度模式下，將驅(qū)動器上的 HALL-1和HALL-3對調(diào)，再將Motor-A和 Motor-B對調(diào)接好。編碼器速度反饋時，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)動器信號地的。LED燈是綠的,但是電機不動一個或多個方向的電機禁止動作檢查+INHIBIT和INHIBIT 端口命令信號不是對驅(qū)動器信號地的將命令信號地和驅(qū)動器信號地相連上

17、電后，驅(qū)動器的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壓當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時，LED燈閃爍 HALL相位錯誤檢查電機相位設(shè)定開關(guān)（60 ° /120 ° ）是否正確。 多數(shù)無刷電機都是120°相差。HALL傳感器故障當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時檢測Hall A, Hall B, Hall C的電壓。電壓值應(yīng)該在5VDCB 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)動器禁止、HALL無效23， 何為負載率（duty cycle）?負載率（duty cycle）是指電機在每個工作周期的工作時間/ （工作時間+非工作時間）的比 率。如果負載率低，

18、就允許電機以 3倍連續(xù)電流短時間運行，從而比額定連續(xù)運行時產(chǎn)生 更大的力量。24, 標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動電路可以用于直線電機嗎？一般都是可以的。你可以把直線電機就當(dāng)作旋轉(zhuǎn)電機，如直線步進電機、有刷、無刷和交 流直線電機。具體請向供應(yīng)商咨詢。25, 直線電機是否可以垂直安裝，做上下運動？可以。根據(jù)用戶的要求，垂直安裝時我們可以加裝動子滑塊平衡裝置或加裝導(dǎo)軌抱閘剎車。26, 在同一個平臺上可以安裝多個動子嗎？ 可以。只要幾個動子之間不互相妨礙即可。27，是否可以將多個無刷電機的動子線圈安裝于同一個磁軌道上？ 可以。只要幾個動子之間不互相妨礙即可。28, AMS勺直線電機是否可以用于特殊環(huán)境，如水濺、

19、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，使用直線電機比滾珠絲桿的線性電機有何優(yōu)點？由于定子和動子之間沒有機械連接，所以消除了背隙、磨損、卡死問題，運動更加平滑。 突出了更高精度、高速度、高加速度、響應(yīng)快、運動平滑、控制精度高、可靠性好體積緊 湊、外形高度低、長壽命、免維護等特點。30，你們的滑臺可以做多個組合一起使用嗎？ 是的?？梢越M合為XY, XZ, YZ, XYZ及其它靈活組合。步進電動機的選擇與計算葉文卿（眉山職業(yè)技術(shù)學(xué)院眉山620020 ）【摘 要】本文以C616車床改為開環(huán)式數(shù)控車床的設(shè)計計算，為根據(jù)車床參數(shù)，選擇步進電動機提 供了可靠易行的計算方法和步驟?！娟P(guān)

20、鍵字】轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動慣量負載起動性能各功數(shù)控產(chǎn)品設(shè)計時，根據(jù)工作系統(tǒng)的力學(xué)模型，計算選擇步進電動機或伺服電動機的規(guī)格型號，是 進行數(shù)控產(chǎn)品設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。因為電動機的參數(shù)決定著數(shù)控系統(tǒng)中各功能模塊的性能參數(shù)，能模塊都要與電動機相匹配，這里以用普通車床C616改為簡易數(shù)控車床為例。說明步進電動機的計算過程。1 c616車床的各參數(shù)1. 1改進后的傳動系統(tǒng)簡易數(shù)控車床即開環(huán)式控制將c616車床的縱向進給系統(tǒng)常采用步進電動機驅(qū)動滾軸絲桿，帶動裝有刀架的拖板作往復(fù)直線運動。其工作原理如圖改進后的車床傳動系統(tǒng)1. 小刀架2.橫向步進電動機3.橫向滾珠絲桿 4.大拖板5.縱向滾珠絲桿6.縱向步進電動機1.

21、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=0.061.2.3 最大走刀抗力Fz （與運動方向相反）=1400N1.2.4 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車床的電動機功率和車削時車刀的主偏角為900時計算而得出）1.2.5 拖板進給速 V =10500毫米/分1.2.6 車刀空行程速度 V2 =200毫米/分1.2.7 滾珠絲桿導(dǎo)程L=6毫米1.2.8 滾珠絲桿節(jié)圓直徑 do =30毫米1.2.9 絲桿總長L=1000毫米1.2.10 定位精度0.01毫米2確定步進電動機的型號2.1脈沖當(dāng)量的選擇脈沖當(dāng)量：一個指令脈沖

22、使步進電動機驅(qū)動拖動的移動距離=0。01mm/p （輸入一個指令脈沖工作臺移動0.01毫米）初選之相步進電動機的步距角0.75 0 /1.5 0 ,當(dāng)三相六拍運行時，步距角£=0.75°其每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)3600S= =480 p/r0.75步進電動機與滾珠絲桿間的傳動比ii= =6=1.25s 0.01 480乙=20, Z2 =25模數(shù)m=2.5的一對齒輪。齒輪的模數(shù)根據(jù)c616車在步進電動機與滾珠絲桿之間加 床，掛輪齒類比確定。2.2等效負載轉(zhuǎn)矩的計算0.06 1500空載時的摩擦轉(zhuǎn)矩Tlfuwl Tlf =2 si0.0062 3.14 0.8 1.25222車削加工時

23、的負載轉(zhuǎn)矩 TlFz u(w Fy)L=1400 0.06(1500 2800)0.006 2 3.1416 0.8 1.25u-_摩擦系數(shù)w 拖i板重L-導(dǎo)程i- 傳動比Fz-最走刀抗力Fy -最大切削力(N)S-滾動絲桿傳動效率2.3等效轉(zhuǎn)動慣量計算滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動慣量JsJs=d：lp323.14 (0.032)41 7.85 103328.1 10 4 Kg.m2拖板的運動慣量1400 (0.006)29.8 (21.2 10 kg.m大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 Jg2 （大齒接圓直徑 62.5毫米 寬10毫米）Jg2 =D4bp32433.14 (0.0625)0.017.85 10321.76

24、 10 4 kg.m2小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量Jg1 （小齒接圓直徑50毫米寬12毫米）換算系列電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量Jl443J g1D bp 3.14 (0.05)0.012 7.85 105,25.78 10 kg.m 3232換算到電動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量JlJLJg1JSJWJg2L2=5.781058.110 4441.28 101.76 101.252=7.3310-4Kg.m22.4初選步進電動機型號根據(jù)車削時負載轉(zhuǎn)距Tl和電動機總轉(zhuǎn)動慣量 Jl=7.33x10 -4,初步選定電動型號為 110BF003反應(yīng)式步進電動機。該電動機的最大靜扭距，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 Jm=4.7 10-4 kg.m

25、2為了使步進電動機具有良好的起動能力及較快的響應(yīng)速度應(yīng)為：Tmax及JlJM42TLTmax8.1 5.12Tl1.584J,7.33 10 41.6 4J M4.7 10 4空載時起動時間計算（t a)110BF003步進電動機的最小加、減速度時間為帶慣性負載的最大起動頻率fL的計算Jl15001 1.6930HZfm電動機空載起動頻率2.4.2帶慣性負載的最大轉(zhuǎn)速nmfl 600.75°930 603603600116轉(zhuǎn)/分2.4.3帶慣性負載起動力矩Tm電動機起動矩Tm=2.6N.M2.4.4 負載時起動時間ta頻率特性曲線ta=0.1047-Jm 0.1047空 10447

26、10 行1160.0058sTm Ts(Jl2.6 0.086該電機帶慣性負載時能夠起動2.5速度驗算2.5.1空行程快速移動速度的驗算從電動機的運行矩-頻率特性曲線查得 fma>=6000HZ時，電動機轉(zhuǎn)矩 0.9N.M>Tlf=0.086N.M （空載 時的摩擦轉(zhuǎn)矩）f max6xl0.75 6000 63600mm/min 300mm/min6 1.25工作行程速度計算當(dāng)Tl時，電動機對應(yīng)頻率 f 3000HZfl 0.75 3000 6 1800mm/ min 500mm/min6xl 6 1.25以上計算，選該型號步進電動機，無論是起動性能，還是空行程快速進給，還是工作行

27、進給速度都能滿足C616車床的設(shè)計要求 3結(jié)論3.1根據(jù)普通車床的電機和切削速度計算出最大切削力和走刀抗力NFc=F z 0.5FC（車刀主偏角900,零件材料45#鋼）3.23.33.4T MJ M3.5計算出空載時摩擦轉(zhuǎn)矩 Tlf和加工時負載轉(zhuǎn)矩Tl計算機械傳動系統(tǒng)換算到電機軸上的總慣量J L初選步進電動型號：2Tl匹4校核電動機起動性能，驗算空行程速度和工作行程速度選定步進電動機后，步進電動機的性能參數(shù)，為數(shù)控系統(tǒng)，特別是輸出接口，驅(qū)動電源模塊型號 的選擇提供依據(jù)。【參考文獻】（補充完整）格式要求：作者書名名稱出版日期【1】機電一體化產(chǎn)品設(shè)計【2】數(shù)控車床原理.【3】金屬切削手冊.【4】

28、工程力學(xué).【5】機械設(shè)計手冊.步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖 電機轉(zhuǎn)軸步進一個步距角增量。電機總的回轉(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。步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量 低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應(yīng)用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝 機械、計算機外圍設(shè)備、復(fù)印機、傳真機等。選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電 機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可

29、靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的圍。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。選擇步進電機時，應(yīng)使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當(dāng)量。在機械傳 動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，二是可以通過步進電機的細分驅(qū)動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。選擇功率步進電機時，應(yīng)當(dāng)估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機 的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。選擇步進電機需要進行以下計算：（1）計算齒輪的減速比 根據(jù)所要求脈沖

30、當(dāng)量，齒輪減速比i計算如下：i=（ $ .S）/（360.） （1-1）式中$ -步進電機的步距角（0/脈沖）S -絲桿螺距（mm） -（mm/ 脈沖）（2）計算工作臺，絲桿以及齒輪折算至電機軸上的慣量Jt。Jt=J1+ （ 1/i2）（J2+Js）+W/g （S/2 n ）2（ 1-2）式中Jt -折算至電機軸上的慣量（J1、J2 - 齒輪慣量（Js -絲桿慣量（工作臺重量（N）S -絲桿螺距（cm）（3 ）計算電機輸出的總力矩MM=Ma+Mf+Mt（ 1-3）Ma= （Jm+Jt）.n/T x 1.02 x 10 - 2（ 1-4 ）式中Ma -電機啟動加速力矩（N.m）Jm、Jt-電機自

31、身慣量與負載慣量（n-電機所需達到的轉(zhuǎn)速（r/min ）T-電機升速時間（s）nn i） X 10 - 2（ 1-5 ）Mf-導(dǎo)軌摩擦折算至電機的轉(zhuǎn)矩（N.m）u-摩擦系數(shù)n -傳遞效率Mt=（Pt.s）/（2 nn i） X 10- 2（1-6 ）Mt-切削力折算至電機力矩（N.m）Pt-最大切削力（N）（4）負載起動頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機的啟動頻率與負載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為fq=fqO（1-（Mf+Mt）/MI ）- （1+Jt/Jm） 1/2（ 1-7 ）式中fq-帶載起動頻率（Hz）fqO-空載起動頻率Ml-起動頻率下由矩頻特性決定的電機輸出力矩（N.m）若負載參數(shù)無

32、法精確確定，則可按fq=1/2fq0進行估算.（5）運行的最高頻率與升速時間的計算。由于電機的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻 率時，由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動負載，并留有足夠的余量。（6） 負載力矩和最大靜力矩Mmax負載力矩可按式（1-5 ）和式（1-6 ）計算，電機在最大進給速度時，由矩頻特性決定的電機輸出力矩要大于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.步進電機的選擇（一）步進電機的選擇步進電機有步距角（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 電機的型號便確定下來了。1、步距角的選擇電機的步距角取決于負

33、載精度的要求，將負載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機軸上，每個當(dāng)量電機應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角 一般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度（三相電機）等。2、靜力矩的選擇步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮， 摩擦負載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負載的 定下來（幾何尺寸）3、電流的選擇靜力矩一樣的電機，由于電流

34、參數(shù)不同， 電機的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓）加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮2-3倍好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷綜上所述選擇電機一般應(yīng)遵循以下步驟：4、力矩與功率換算步進電機一般在較大圍調(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=Q =2 n n/60P=2n nM/6 0其P為功率單位為瓦，Q 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=2n fM/400（半步工作）其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱 PPS）（二）、步進電機應(yīng)用中的注意點1步進電機應(yīng)用于低速場合 -每分鐘轉(zhuǎn)

35、速不超過1000轉(zhuǎn)，（0.9度時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，此時電機工作效率高，噪音低。2、步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。3、 由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12V電壓的電機使用12V外，其他電機的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值，可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓（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)動外也可以采用其他驅(qū)動電源，不過要考慮溫升。4、轉(zhuǎn)動慣量大的負載應(yīng)選擇大機座號電機。5、電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而采

36、用逐漸升頻提速，一電機不失步，二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。6、高精度時，應(yīng)通過機械減速、提高電機速度，或采用高細分數(shù)的驅(qū)動器來解決，也可以采用5相電機，不過其整個系統(tǒng)的價格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。7、電機不應(yīng)在振動區(qū)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。8、電機在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。9、應(yīng)遵循先選電機后選驅(qū)動的原則。原文縮略主要設(shè)計容（一）總體方案的確定根據(jù)設(shè)計任務(wù)確定系統(tǒng)的總體機械和控制系統(tǒng)方案：進行系統(tǒng)運動方式的確定，執(zhí)行機構(gòu)及傳動方案的確定，伺服電機 類型及調(diào)速方案確定，計算機控制系統(tǒng)的選

37、擇。進行方案的分析、比較和論證。1. 系統(tǒng)運動方式與伺服系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到運動精度要求不高，為簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動。2. 計算機系統(tǒng)采用MCS-51系列中的8031單片機擴展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機的主要特點是集成度高，可靠性好，功能強，速度快，性價比高?？刂葡到y(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進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. X 丫工作臺的傳動方式為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有

38、預(yù)加 載荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺的運動部件重量和工作載荷不大，故選用滾動直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺的摩擦系數(shù)，提高運動平穩(wěn)性。 考慮電機步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達到分辨率的要求，以及考慮步進電機負載匹配，采用齒輪減速傳動。論文目錄目錄畢業(yè)設(shè)計的目的和意義畢業(yè)設(shè)計的題目及要求三. 進度安排2四. 主要設(shè)計容21）總體方案的確定22） 機械部分設(shè)計 33） 控制系統(tǒng)電路設(shè)計64） 系統(tǒng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 10參考文獻參考文獻：1.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計建民等編著高等教育2.機電一體化設(shè)計指導(dǎo)傅曉林編3.P rotel電路設(shè)計教程江思敏胡榮等編著高等教育4.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊吳宗澤羅圣國主編高等教

39、育5.微機原理及接口技術(shù)甘娜馬瑞芳剛主編交通大學(xué)6. 機械設(shè)計 濮良貴 紀(jì)名剛 主編 高等教育7. 單片機基礎(chǔ) 廣第編著航空航天大學(xué)8電路邱關(guān)源主編 高等教育步進電機和交流伺服電機比較選擇2007-01-20 13:15步進電機是一種離散運動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國的 數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應(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，運動控制系 統(tǒng)多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。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。現(xiàn)就二者的使用 性能作一比較。1. 控制精度不同兩相混合式步進電機步距角一般為 3.6 °、1.8 ° ，五相混合式步進電機步距角一般為0.72°、0.36。也有一些高性能的步進電機步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機床的步進電機，其步距角為0.09 °