《机电一体化系统设计》课程题目

空载起动力矩Mq作为选择步进电机的依据。

3）。步进电机的选择

目前，经济型数控机床中多采用反应式步进电机，其技术参数可见?机电一 体化设计手册?相关图表。

（1） 首先根据最大静转矩Mjmax初选电机型号

在相关表格所示技术参数中，列出步进电机的最大静转矩Mjmax，最高空载起动频率， 运行频率等参数，可作为初选步进电机的依据。

步进电机的起动转矩Mg与最大静转矩Mjmax有如下关系：

表3.2-5

步 进 电 机 相数 拍数 3 0.5 步进电机起动转矩Mg与最大静转矩Mjmax关系

四 相 6 0.866 4 0.707 8 0.707 5 0.809 五 相 10 0.951 6 0.866 六 相 12 0.866 三 相 ??MgMjmax

上面计算出的空载起动力矩Mq应?Mg即：

Mq??Mjmax。

必须特别注意，这样初选出来的步进电机型号并不一定能满足实际工作时的要求，也就

是说，尽管最大静转矩Mjmax数值能满足要求，但是并不能保证在快速空载起动和运行时不失步。所以还必须用起动矩频特性和运行矩频特性两条重要的性能曲线来检查所选步进电机的型号是否能满足要求。

（2） 计算电机工作频率

可以分别计算快速进给时步进电机的最大空载起动频率fq(Hz)和切削时的最大工作 频率fj(Hz)

fq?1000vmax

60?p1000vs

60?p

fj?式中

； vmax——运动部件最大快速进给速度（m/min）； vs——最大切削进给速度（m/min）。 ?p——脉冲当量（mm/步）

（3） 校核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。

将前面初选出来的步进电机的型号的矩频特性在《机电一体化设计手册》查出。见图 3.2.3根据前面计算出的最大空载起动频率fq(Hz)和切削时的最大工作频率fj(Hz)分别 在图3.2.3上查出在此频率下电机不失步时所允许的最大力矩Mdmq和Mdmj，应满足：

Mq?MdmqMj?Mdmj

步进电机由于本身性能的限制，其起动频率一般都较低，带负载时的起动频率约为数百赫兹。而数控系统要求的工作频率通常都远远大于起动频率，例如数控机床快速进给速度如选为3m/min，则相当于5kHz的工作频率，往往不能满足Mq?Mdmq的要求，在起动时会失步。因此必须采用升降速措施。步进电机以较低的频率起动后，逐渐升速，以保证不失步，升速到规定的运行频率后，开始恒速运行，在到达终点前，要逐步降速，降到起动频率以下，以保证准确定位。升降速控制是由软件实现。在采用升降速控制以后，如果步进电机起动力矩还不能满足要求，还可以采用高低压驱动功放电路，将步进电机起动力矩再扩大一倍左右。

图3.2.3 部分反应式步进电机起动矩频特性和运行矩频特性

a) 28BF001起动矩频特性 b）36BF002起动矩频特性 c）36BF003起动矩频特性d）45BF003起动矩频特性e）45BF003运行矩频特性f）45BF005起动矩频特性g）55BF001起动矩频特性h）75BF001起动矩频特性i）75BF003起动矩频特性j）90BF001起动矩频特性k）90BF001运行矩频特性l）90BF006起动矩频特

性m）110BF003起动矩频特性n）110BF003运行矩频特性o）110BF004起动矩频特性p）130BF001起动矩频特性q）130BF001运行矩频特性r）150BF002起动矩频特性s）150BF002运行矩频特性t）150BF003起动矩频特性u）150BF003运行矩频特性v）200BF006起动矩频特性

7． 进给伺服系统机械部分的结构设计 在对伺服系统进行了运动和动力计算，已选定滚珠丝杠螺母副规格型号，步进电机型号，降速齿轮几何参数之后，就可进行结构设计。对于经济型数控机床进给伺服系统设计和微机数控化改造设计中，应该注意以下问题：

（1） 尽量减少普通车床数控化改造设计时的改动量

对于普通车床数控化改造设计时在满足机床总体布局的前提下应尽可能利用原有的零、 部件，尽量减少改动量。尤其是对机床上较大的部件，例如床身、床鞍、工作台等，尽量利用原有的部件，只作少量的加工改造。这样可以大大的降低成本，缩短制造周期。 在进行经济型数控机床设计时，虽然结构尺寸不像改造设计那样限制严格，但也应参考同类型机床。在初步计算以后，再进行类比，使结构尺寸比较紧凑合理。

（2） 要求设计完整清楚的进给伺服机构装配图

在设计绘制进给伺服机构装配图时，要求视图完整，按一定的比例画出主视图，向视图 和必要的剖面图。要能清楚完整地表达出装配图中每一零件的几何形状和尺寸，应能拆出零件图。图中需标出必要的尺寸和配合，例如：电机止口和箱体配合处，轴承外圈和箱体内孔之间、轴承内孔和轴之间均应标注尺寸和配合。

（3） 设计时注意装配的工艺性

在设计绘制进给伺服机构时，应注意装配工艺性，考虑到正确的装配顺序，保证安装、 调试、拆卸方便。

（4） 要求标注清楚装配图的技术条件 绘制机械装配图时，应标注必要的技术条件。例如要求滚珠丝杠中心轴线与导轨平行度 在水平及垂直方向在全长上应小于0.05mm（中型机床）；丝杠的轴向窜动量应小于0.01mm纵向进给丝杠两端的支承距安装基准面的尺寸应相同，以保证在水平面内丝杠与导轨平行度。而在垂直面内可利用安装螺钉的过孔调整，当丝杠与导轨平行度达到要求后，再紧固螺钉并打上定位销。

（5） 消隙齿轮安装调整要方便。 6)。设计绘制进给伺服系统机械装配图 四、 自动转位刀架的设计 自动转位刀架的设计是普通车床经济型数控改造机械方面的关键。由微机控制的自动转位刀架具有重复定位精度高、工作刚性好、性能可靠、使用寿命长以及工艺性好等特点。 在进行普通车床的经济型数控改造时，多采用外购自动转位刀架。一些机床数控设备厂为用户生产了系列自动刀架，一些厂是参加全国联合设计组设计了LD14、LD24、LD34刀架之后，又结合该厂生产刀架的经验，吸收了LD型刀架结构、原理的优点，还参考了国外专利刀架的特点，使刀架设计更合理、更完美，具有同类产品最先进的水平。如常州武进机床数控设备厂生产的系列自动刀架。本实例选用该厂生产的LD4-1型四工位自动刀架。 自动转位刀架按其工作原理可分为：

a． 螺旋转位刀架； b． 十字槽轮转位刀架； c． 凸台棘爪式转位刀架； d． 电磁式转位刀架；