步进电机扭矩计算

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σb = 65kgf/ mm2 ,

HB170～200 ;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 为主轴每转进给量。

P = 61. 2 ×D ×S0. 7 = 61. 2 ×6 ×0. 20. 7≈11166kN , 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= 1147kN

Ft 为F cosα= 150 ×cos20°= 1138kN

Fr 为F sinα= 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. 8cm≈2165kN·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·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. 2～0. 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

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4 结束语

本测量系统实用性强,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

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