【文章內(nèi)容簡介】 步進電機 步進電機型號和技術(shù)要求如下表所示： 表 21 步進電機技術(shù)數(shù)據(jù) 貨 物 編碼 步進電機型號 相數(shù) 步 距 角（ 176。） 靜 態(tài) 相電流（ A） 相電阻（Ω） 062534 60BYG3250DLSSASSML0551 3 相 電 感（ mH） 保持轉(zhuǎn)矩（ N m） 定位轉(zhuǎn) 矩（ N m） 電壓（ VDC） 重量（ Kg） 轉(zhuǎn) 動 慣 量（ g cm） 24~70 480 步進電機驅(qū)動器的選擇 步進電機驅(qū)動器的選擇為與步進電機所 適配的驅(qū)動器，為森創(chuàng)數(shù)字三相步進電 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 8 機細分驅(qū)動器，型號為 SD30807，如下圖所示。 圖 25 SD30807步進電機驅(qū)動器 下面簡單的介紹一下該驅(qū)動器的功能及使用： 特點 其特點是功能及使用顯著特點采用 32 位 DSP 為內(nèi)核的全數(shù)字控制方式，先進的空間矢量算法優(yōu)化低速振動和高速性能，可以實現(xiàn)多種電機的自適應匹配尋優(yōu)控制方法，軟件更新、升級方便。采用了柔性細分算法，使驅(qū)動器無論設(shè)置何種細分電機都可保持最佳的運行性能，極大的改善了低細分下的平穩(wěn)性和噪音。即使用戶由于控制系統(tǒng)輸出脈沖頻率的限制不能采用較高的細分選擇，也可以獲得低速平穩(wěn)性和高速性的兼得，從而降低對控制系統(tǒng)的要求，有利于降低系統(tǒng)的整體成本提高性能，實現(xiàn) 低振動、低噪音和低功耗。 電源 電源本驅(qū)動器標準型采 用直流電源供電，由機殼正面的指示燈指示。電源電壓在 24V~ 70VDC 之間都可正 常工作?？紤]到電網(wǎng)的波動，采用線性整流電源時，變壓器副邊空載輸出電壓建議小于 50VAC。采用較低的電源電壓會使電機高速運行力矩下降，但有助于驅(qū)動器降低溫升和增加低速時的運行平穩(wěn)性。所加電源的瞬間輸出能力應不少于電機的額定相電流，電源電壓越低則 對電源電流輸出能力的要求越大。接線時務(wù)必注意電源 ，切勿反接！ 輸出電流選擇 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 9 輸出電流選擇本驅(qū)動器采用雙極恒流方式，最大輸出電流值為 （峰值） ， 通過驅(qū)動器側(cè)板第 5， 6， 7 三位開關(guān)的不同組合可以方便的選擇八種電流值，從 到 （詳見 下表 ） ， 注：用戶對輸出電流的更改必須給驅(qū)動器重新上電才可生效。 表 22輸出電流選擇表 SW5 SW6 SW7 電流 OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF ON ON ON OFF ON OFF ON OFF ON ON ON ON ON 細分選擇 用戶可以通過驅(qū)動器面板上 的第 4 四位撥碼開關(guān)選擇共 16 種細分模式，用電機每轉(zhuǎn)的步數(shù)標識，既可以實現(xiàn)常用的兩相步距（如兩相標準半步 400 步 /轉(zhuǎn)）也可以提供類似五相的步距（如五相 標準半步 1000 步 /轉(zhuǎn)），用戶可以根據(jù)需要自行選擇細分（詳見下表）。注：用戶對細分模式的更改需要驅(qū)動器重新上電方可生效。 表 23細分模式選擇表 SW1 SW2 SW3 SW4 每轉(zhuǎn)步數(shù) SW1 SW2 SW3 SW4 每轉(zhuǎn)步數(shù) ON ON ON ON 30000 OFF OFF ON OFF 3200 OFF ON ON ON 10000 ON ON OFF OFF 2020 ON ON ON OFF 8000 OFF ON OFF OFF 1600 ON OFF ON ON 7500 OFF ON OFF ON 1000 OFF ON ON OFF 6400 ON OFF OFF OFF 800 OFF OFF ON ON 6000 OFF ON OFF OFF 600 ON ON OFF ON 5000 OFF OFF OFF ON 500 ON OFF ON OFF 4000 OFF OFF OFF OFF 400 單脈沖方式 驅(qū)動器支持標準單脈沖模式， 步進脈沖由脈沖端入，由方向端電平高低決定 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 10 電機的運轉(zhuǎn)方向。注：驅(qū)動器上電 10秒后才可接收脈沖。 自動半電流 驅(qū)動器工作若連續(xù) 秒沒有接收到新的脈沖則自動進入半電流狀態(tài)，相電流降低為標準值的 50%，達到降低功耗的目的，在收到新的脈沖時驅(qū)動器自動退出半電流狀態(tài)。 脫機功能 輸入脫機信號時，驅(qū)動器將切斷電機各相繞組電流使電機軸處于自由狀態(tài)，此時步進脈沖將不能被響應。此狀態(tài)可有效降低驅(qū)動器和電機的功耗和溫升。脫機控制信號撤消后驅(qū)動器自動恢復到脫機前的相序并恢 復電機電流。當不需用此功能時，脫機端可懸空。 自測模式開關(guān) 用戶可以通過驅(qū)動器面板上的第 8 位撥碼開關(guān)選擇自測模式的開放與關(guān)閉，自測模式開放時，驅(qū)動器將 在每次上電之初對電機參數(shù)進行觀測，并自動尋求最優(yōu)控制參數(shù)。自動測試功能關(guān)閉時，驅(qū)動器將調(diào)用上一次測量的電機參數(shù)進行工作。因此當用戶首次使用驅(qū)動器和電機時應該采用自測模式進行電機參數(shù)的自適應匹配，之后就可以將開關(guān)設(shè)定為‘ OFF’，鎖定當前參數(shù)。當工作狀態(tài)發(fā)生變化后可以重新自 測尋優(yōu)。自測設(shè)定只在每次驅(qū)動器上電時進行處理，因此第 8 位撥碼開關(guān)狀態(tài)的變化只 能在驅(qū)動器重新上電后生效。 過壓保護 當電源電壓波動或電機制動等原因造成直流母線電壓超過 80VDC 時，驅(qū)動器過壓保護電路動作，驅(qū)動器報警燈（紅色）閃爍，驅(qū)動器暫停驅(qū)動電機，需人工斷電再上電才可解除報警。出現(xiàn)該故障后用戶需要檢查電源電壓，適當降低輸入的電源電壓。 欠壓保護 驅(qū)動器檢測到輸入直流母線電壓低于 15VDC 時，驅(qū)動器欠壓保護電路動作，驅(qū)動器報警燈（紅色）閃爍，驅(qū)動器將暫停驅(qū)動電機，需人工斷電再上電才可解除報警。出現(xiàn)該故障后用戶需要檢查電源電壓和容量，適當提高輸入的電源電壓。 功能狀 態(tài)指示 黃色 LED 為電源指示燈，當驅(qū)動器接通電源時，該 LED 常亮；當驅(qū)動器切斷電源時，該 LED 熄滅。 紅色 LED 為故障指示燈，當出現(xiàn)故障時，該指示燈以不 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 11 同方式亮滅。紅色 LED 不同的亮滅方式代表不同的故障信息，具體關(guān)系如下 圖 所示： 圖 26 功能狀態(tài)指示圖 控制方式及典型接線圖 1） 脈沖信號輸入 驅(qū)動器端置光耦，光耦導通一次被驅(qū)動器解釋為一個有效脈沖。對于共陽極而言低電平為有效，此時驅(qū)動器將按照相應的時序驅(qū)動電機運行一步。單脈沖模式時此信號端 作為脈沖輸入信號。為了脈沖信號的可靠響應，光耦每次導通的持續(xù)時間不應少于 2μ s。本驅(qū)動器的信號響應頻率為 200KHz，過高的輸入頻率或不符合標準的脈沖寬度將 可能得不到正確響應。 2）方向 信號輸入 單脈沖模式下該信號作為控制電機的轉(zhuǎn)向信號，該端內(nèi)部光耦的通、斷被解釋為控制電機運行的兩個方向?？刂齐姍C轉(zhuǎn)向時，應確保方向信號領(lǐng)先脈沖信號至少 5μ s 建立 ,從而避免驅(qū)動器對脈沖的錯誤響應。 3）脫機 信號輸入 內(nèi)部光耦處于導通狀態(tài)時電機相電流被切斷，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機狀態(tài)）。光耦關(guān)斷后電機電流恢復到脫機前的大小和方向。當不需用此功能時，脫機信號端可懸空。 根據(jù)上述對驅(qū)動器的介紹，可以根據(jù)所驅(qū)動的電機的要求選擇恰當?shù)碾娏?，也可以根?jù)精度的要求選擇細分來滿足精度要求。選擇好電流和細分，然后根據(jù)驅(qū)動器提供的接口 選擇恰當?shù)碾娐方臃?，本設(shè)計中使用的為共陽極接法，在此不再贅述，在下面會詳細介紹。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 12 變頻器的選擇 變頻調(diào)速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調(diào)速的目的，正如公式： n=60f(1s)/p，電機的磁極對數(shù) p已經(jīng)確定，則電機的轉(zhuǎn)速 n與電源頻率 f成正比，通過調(diào)節(jié)頻率來控制電機的轉(zhuǎn)速。本次設(shè)計采用的是西門子 MM420 變頻器，如下圖所示。 圖 2 圖 27 MM420結(jié)構(gòu)圖 電主軸的選擇 電主軸是最近幾年在數(shù)控機床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術(shù)。高速數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)取消了帶輪傳動和齒輪傳動。機床主軸由內(nèi)裝式電動機直接驅(qū)動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機床的“零傳動”。這種主軸電動機與機床主軸“合二為一”的傳動結(jié)構(gòu)形式，使主軸部件從機床的傳動系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對獨立出來，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”。本次設(shè)計為了將雕刻機變得簡單和方便使用，故采用電主軸結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計所采用的電主軸為常州市武進區(qū)橫林精工電機廠所生產(chǎn)的電主軸，型號及參數(shù)如下表所示。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 13 表 24電主軸參數(shù)表 型號 外形尺寸 (Φ m/m) 轉(zhuǎn) 速 （ RPM） 電 壓 （ V） 頻 率 （ HZ） 額定功率 （ KW） GDJ14 Φ 80*180 1000024000 380 400 4 軸承 冷卻方式 潤滑方式 相 數(shù) 用 途 夾 具 （ mm） 7002C/P4*2 水冷 油脂 3 雕刻機、數(shù)控鉆銑 ER16 電主軸使用時，按要求連接電主軸進出水管接頭，檢查連接處是否漏水和通暢。水冷電主軸的冷卻系統(tǒng)系統(tǒng)應于機床的總開關(guān)連接；開機后至停機的中間，冷卻系統(tǒng)系統(tǒng)應連續(xù)工作； 冷卻液水量按 升 /千瓦分鐘計算，冷卻液流量按 3～ 6 升/分鐘，小的電主軸取小值，大的電主軸取大值；冷卻液要求使用單獨水箱，冷卻液要求每月定期更換；冷卻液的溫度應低于環(huán)境溫度 3～ 5℃為宜，最好控制在 25℃左右。選擇變頻器應與電主軸的電壓、功率、頻率相匹配來配套使用。設(shè)置變頻器首先設(shè)置變頻器的基準頻率，變頻器的基準頻率按電主軸的最高頻率設(shè)置。變頻器的最高頻率、轉(zhuǎn)折頻率和對應的電壓按電主軸的頻壓曲線對應設(shè)置；變頻器的電流按電主軸的額定電流設(shè)置；載波頻率按電主軸的功率大小設(shè)置，小于 10 kw 電主軸按 8kHz 設(shè)置，大于 10kw 電主軸按 5kHz 設(shè)置；增、減速時間按 10s