数控车床进给系统传动系统设计(4)

力能指标高,性

能好，输出转速

低,转矩大

广泛应用于自动装置

和计算技术装置中作

驱动、执行或控制元件 www.docin.com徐州工程学院毕业设计(论文) 6 步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国

内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交

流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控

制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方

者的使用性能作一比较。 1) 2) 3)

下表2-2为交流伺服电动机的特性实例：

表2-2 交流伺服电动机特性举例 电动机

特性

SM型伺服电机

IM型伺服电机

输出功率/W

1100 1100

A/相)

11.7 14.4

V/

68.9 79.3

功率因素/%

99.8 78.6

功率/%

91.1 82.0

电阻/

0.284 1.035

感应电压常数 /)]

min([1rmV 100 100

转动惯量/

2mkg 4108.8 4108.6

功率变化率/) sk1W

12 16 2.2.2 伺服电机选择 2.2.2.1 伺服电机选择原则

步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国

内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交

流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控

制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方

www.docin.com徐州工程学院毕业设计(论文) 7 /减速力矩。

步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一

般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振

动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来

克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电

机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，

FFT

便于系统调整。步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转

的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速

问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内

部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。

下面是选择电机时应满足的条件： 150%一下。

否则，在切削或加速/减速时电动机就可能过热。 2/减速时间要短，须在电动机的允许范围内。通常，负载力矩帮助电动机的减

速，因此如果加速在允许时间内完成的话，减速也可在相同时间内完成。这样我们只需计

算加速力矩，并在允许时间内核算力矩在电动机的机械特性的断续区内。 3/减速会使电动机发热，此时需要计算出电动机承受的力矩的均

方根值Trms，使其小于电动机的额定力矩Tc。 4 53倍。

这里我们依据负载来选择电动机。

2.2.2.2 伺服电机设计计算

步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服

系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服

惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这

种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转

矩，便出现了力矩浪费的现象。

加到电机轴上的负载力矩通常由下式算出见式(2.1): f 2 mT LF T

2.1

其中：mT——Nm

F ——沿坐标轴移动一个部kgf www.docin.com徐州工程学院毕业设计(论文) 8 L ——电机转一转机床的移动距离=21/ZZP

fT——滚珠丝杠螺母或轴承加到电机轴上的摩擦力矩

200400毫秒。交流

伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA 400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定

转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。无论是否在切削，是垂直

轴还是水平轴，F值取决于工作台的重量，摩擦系数，F值还与平衡锤有关。对于水平工

作台，F值可按下式计算:

W——工作台与工件重量=60kg

——滑动表面摩擦系数=0.05 ——驱动系统的效率=0.9

Fg——镶条锁紧力=5kgf CF——反切削力=50kgf cfF——由切削力矩引起的滑动表面上工作台上收到的力=30kgf

fT=2kgfcm=0.2Nm

不切削时见式(2.2)：

fg(WF 2.2

5

.5)5060(05.0Fkgf

9.02/)8.05.5mT

m

0.1Ncmkgf98.0

切削时见式(2.3)：

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