步进电机扭矩计算

1、Z406 数控坐标台式钻床主轴自动进给步进电机扭矩的设计计算陆扬菲尼克斯亚太电气(南京) 有限公司,江苏南京211100 设计Z406 数控坐标台式钻床时,对主轴自动进给步进电机扭力矩的设计计算介绍如下:该数控坐标台式钻床设计要求:1) 最大钻孔直径为d 6mm; 2) 钻削材料为碳素结构钢b = 65kgf/ mm2 ,HB170200 ;3) 切削刀具为高速钢W18Cr4V 钻头,加冷却液;4) 进给量0. 2mm/ r 。1 主轴轴向力计算计算公式为: P = 61. 2 ×D ×S0. 7 。其中P 为轴向力/ kN ; D 为最大钻孔直径/ mm; S 为主轴每转

2、进给量。P = 61. 2 ×D ×S0. 7 = 61. 2 ×6 ×0. 20. 711166kN ,考虑到摩擦力,传动效率等因数,取轴向力P = 1147kN进行以下计算。2 主轴套筒受力分析和计算(图1)Ft = 圆周力; Fr = 径向力; F = 法向力= 1147kNFt 为Fcos = 150 ×cos20°= 1138kNFr 为Fsin = 150 ×sin20°= 015kN现将轴向力平移至主轴套筒D 点,需加一个力矩M= P ×d/ 2 = 150 ×1. 8cm2165

3、kN·cm , M 的值即是最大阻力矩M 阻。只有当M主> M阻时, 主轴套筒才能向下运动,进行钻削加工。现根据结构需要初步选择最大静扭力矩为196N·cm 的步进电机作为主轴的自动进给电机,由于电机的最大静力矩Mj ,max = 196N·cm < M阻, 所以将电机通过少齿差减速器减速80 倍后再输出,故从理论上电机的最大静力矩Mj ,max 也将相应增加到Mj ,max =196N·cm ×80 = 15168kN·cm ,此时Mj ,max = 196N·cm ×80 = 15168kN

4、3;cm > M阻。根据步进电机原理有关资料介绍,当步进电机在运行频率增大或负载增大时,步进电机的输出扭力矩将大大下降,即有M/ Mj ,max c = 0. 20. 5(此为经验系数) ,现取系数0. 2 ,则在钻床最大负荷时,电机的输出扭力矩M主= 15168kN·cm ×0. 2 = 15168kNcm ,即M主> M阻21645kN·cm ,所以该电机经减速80 倍后,可以保证在最大切削负荷时也可以满足使用,步进电机(该电机的步距角为0. 75°) 也不会产生失步现象。收稿日期:2006208222(上接第55 页)4 结束语本测量系

5、统实用性强,能够巡回采集测量多路信号,结构较为简单,成本低,精度较高。系统的可扩展性强,可通过单片机的串行口连接RS232 转换芯片MAX232 与数控机床相连,完成实时数据的传递和其他控制工作。在实际生产中,通过增减传感器的数量可测量有不同等分要求的装置,例如有180°定位要求的调头镗孔加工,以及每隔60°的六等分定位的正六面棱体的加工等。系统的可移植性强,只需改变前端测量用的传感器类型,可在此基础上修改为其他非电量参数的测量系统2 。参考文献: 1 孙俊逸,盛秋林,张铮. 单片机原理及应用M . 北京:清华大学出版社,2006.2 孙程光,徐晓辉,董浩,温阳,张彪. 一种多通道环境温度采集系统的设计J . 计算机与信息技术,2005 ,12 :802841收稿日期:2006209206·机械制造与研究·陆扬·Z406 数控坐标台式钻床主轴自动进给步进电机扭矩的设计计算·56 &