步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講:當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(及步進(jìn)角)。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的; 同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度,從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)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(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中,如:數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。
選擇步進(jìn)電機(jī)時,首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時,首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中,各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。 一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機(jī),負(fù)載力矩大。
選擇步進(jìn)電機(jī)時,應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配,這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)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(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率,不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。
選擇功率步進(jìn)電機(jī)時,應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動頻率,使之與步進(jìn)電機(jī)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(jī)床快速移動的需要。
選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算:
(1)計(jì)算齒輪的減速比 根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量,齒輪減速比i計(jì)算如下:
i=(φ.S)/(360.Δ) (1-1) 式中φ -步進(jìn)電機(jī)的步距角(o/脈沖) S -絲桿螺距(mm) Δ-(mm/脈沖)
。2)計(jì)算工作臺,絲桿以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量Jt。
Jt=J1+(1/i2)[(J2+Js)+W/g(S/2π)2] (1-2) 式中Jt-折算至電機(jī)軸上的慣量(Kg.cm.s2)
J1、J2 -齒輪慣量(Kg.cm.s2) Js -絲桿慣量(Kg.cm.s2) W-工作臺重量(N) S-絲桿螺距(cm)
(3)計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩M
M=Ma+Mf+Mt (1-3)
Ma=(Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 (1-4)
式中Ma -電機(jī)啟動加速力矩(N.m) Jm、Jt-電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(Kg.cm.s2) n-電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速(r/min)
T---電機(jī)升速時間(s)
Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 (1-5) Mf-導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩(N.m) u-摩擦系數(shù) η-傳遞效率
Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 (1-6) Mt-切削力折算至電機(jī)力矩(N.m) Pt-最大切削力(N)
。4)負(fù)載起動頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機(jī)的啟動頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系,其估算公式為
fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml)÷(1+Jt/Jm)] 1/2 (1-7) 式中fq---帶載起動頻率(Hz) fq0---空載起動頻率
Ml---起動頻率下由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩(N.m) 若負(fù)載參數(shù)無法精確確定,則可按fq=1/2fq0進(jìn)行估算.
。5)運(yùn)行的最高頻率與升速時間的計(jì)算。由于電機(jī)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(fù)載,并留有足夠的余量。
。6)負(fù)載力矩和最大靜力矩Mmax。負(fù)載力矩可按式(1-5)和式(1-6)計(jì)算,電機(jī)在最大進(jìn)給速度時,由矩頻特性決定的電機(jī)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