【正文】 4 5 6 7 8 4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的主要構(gòu)成如圖 4所示，一般由環(huán)形分配器、信號(hào)處理級(jí)、推動(dòng)級(jí)、驅(qū)動(dòng)級(jí)等各部分組成，用于功率步進(jìn)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器還要有多種保護(hù)線(xiàn)路。因此，環(huán)形分配器由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)和工作方式來(lái)決定。信號(hào)放大的作用是將環(huán)分輸出的信號(hào)加以放大，變成足夠大的信號(hào)送入推動(dòng)級(jí)。本級(jí)還經(jīng)常與各種保護(hù)電路、各種控制電路組合在一起，形成較高性能的輸出。 保護(hù)級(jí)的作用是保護(hù) 驅(qū)動(dòng)級(jí)的安全。有時(shí)還需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行監(jiān)護(hù)，發(fā)現(xiàn)輸入異常也提供保護(hù)動(dòng)作。 圖 5 步進(jìn)電機(jī)微機(jī)控制原理圖 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用的基本原則 保護(hù) 8 0 3 1 光電隔離 驅(qū)動(dòng)電路 橫向步進(jìn)電 機(jī) 8 0 3 1 光電隔離 驅(qū)動(dòng)電路 縱向步進(jìn)電 機(jī) 合理選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是比較復(fù)雜的問(wèn)題，需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過(guò)分析后才能正確選擇。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精度可以用步距誤差或累積誤差衡量，累積誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開(kāi)始，經(jīng)過(guò)任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用累積誤差衡量精度比較實(shí)用，所選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足： △θ m≤ i [△θ s] 式中， △θ m 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的累積誤差。 轉(zhuǎn)矩 為了使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)（不失步，不越步）正常啟動(dòng)并滿(mǎn)足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮以下條件 a. 起動(dòng)力矩。 在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜載力矩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）引起的慣性矩之和。 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 Mq=L0/=（ 11） 電動(dòng)機(jī)仍選用三相六拍工作方式，查表知： Mq/Mjm= 所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjm為： Mjm=Mq/=步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高工作頻率： fmax=max/60 ? p=1000/60 = HZ 為了便于設(shè)計(jì)和采購(gòu)，仍選用 90BF002 型直流電動(dòng)機(jī)，能滿(mǎn)足使用要求。 由于 Nmax=1800 nmax=14 Nmax/nj=2nj/min （ 12） 則 nj= 2141800? =113r/min 這里 nj 為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 該機(jī)床主軸要求的恒功率調(diào)速范圍 Rn 為： Rn= nmax /nj =1800/113= 主軸電機(jī)的功率是： 初選主軸電機(jī)的型號(hào) 選主軸電機(jī)的型號(hào)為： SIMODRIVE 系列交流 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)為1HP61674CB4，連續(xù)負(fù)載 PH/KW=，間隙負(fù)載（ 60%） /kw=,短時(shí)負(fù)載（ 20min） /kw=,額定負(fù)載 n/=5000,最大轉(zhuǎn)速 nmax/ r/min=8000，額定轉(zhuǎn)矩 ,慣性矩 圖 6 主傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖 主軸電機(jī)的校核 電動(dòng)機(jī)恒恒功率調(diào)速范圍： Rn= nmax/nmin =8000/5000 =16 所以所選電動(dòng)機(jī)型號(hào)的調(diào)速范圍滿(mǎn)足主軸所要求的調(diào)速范圍。 /step 脈沖當(dāng)量 : δ p=快速進(jìn)給速度： Vmax=2m/min 所以 ,變速箱內(nèi)齒輪的傳動(dòng)比 i=Z2/Z1=pL?3600?=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 齒輪的直徑 d1=mz1=2 32=64mm d2=mz1=2 40=80mm dα 2=d1+2ha*=68mm dα 2=d2+2ha*=84mm 兩齒輪的中心矩 a= d1+d2/2 = (64+80)/2 =72mm （ 13） （ 2）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 z1= 104 2= z1= 104 84 2= 橫向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 （ 1）有關(guān)齒輪計(jì)算，由前面的條件可知： 工作臺(tái)重量： W=30kgf=300N(粗略計(jì)算 ) 滾珠絲杠的導(dǎo)程 : Lo=4mm 步距角 : α =176。 d1=36mm d2=60mm da1 =40mm da2=64mm a=48mm （ 2）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 z2= 104 2= z2= 104 64 2= 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小 ,可忽略。 電路的組成如下： （ 1） CPU 采用 8031 芯片； （ 2）擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器 2764 兩片， 6264 一片； （ 3）擴(kuò)展可編程接口芯片 8155 兩片； （ 4）地址鎖存器，譯碼器個(gè)一個(gè)； （ 5）鍵盤(pán)電路，顯示電路； （ 6）光電隔離電路，功率放大功率； （ 7）越程報(bào)警電路，急停電路，復(fù)位電路； （ 8）面板管理電路。 8031 的 I/O 口也不能滿(mǎn)足輸入輸出口的要求，本系統(tǒng)也擴(kuò)展了兩片 8155可編程接口芯片。 2764（ 1）、 2764（ 2）、 626 8155（ 1）和 8155（ 2）的片選信號(hào)分別接到譯碼器的 Y0~Y4,74LS138的輸入 A、 B、 C分別接 8031 的 、 、 。 A8~A12 接 8031 芯片的 ~， 74LS373 地址鎖存器在選通信號(hào) ALE 在高電 平時(shí)直接傳送 8031P0 口低 8位 地址，當(dāng) ALE 在高電平變低電平的下降沿時(shí)，低 8 位地址鎖存器，此時(shí)， P0口可用來(lái)向片外傳送讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中采用軟件環(huán)形分配器方式，雖然運(yùn)行速度慢一些，但可以省去兩個(gè)硬件環(huán)形分配器，電路比較簡(jiǎn)單，由于步進(jìn)電機(jī)的每一相繞組需和一個(gè) I/O 接口相連，以便與控制寄存器中某一指定相位對(duì)應(yīng)，因此，占用的 I/O 口數(shù)量較多。 行程限位報(bào)警信號(hào) +Z,Z,+X,X分別通過(guò) 8155（ 2）的 ,提出中斷請(qǐng)求，根據(jù)不同的中斷口可以直接識(shí)別行程的方向，此時(shí)相應(yīng)的紅燈報(bào)警。刀架夾緊后，即發(fā)出回答信號(hào)，表示已完成換刀過(guò)程，可以進(jìn)行切削加工。 8155（ 1） ~ 接控制面板上的控制開(kāi)關(guān)，設(shè)有編輯空運(yùn)行、自動(dòng)、手工（ I）、手工（ II）、回零等選著方式。 加工螺紋時(shí)，與車(chē)床主軸相連的光電脈沖發(fā)生器會(huì)發(fā)出螺紋加工信號(hào)和零位螺紋信號(hào)，螺紋加工信號(hào)送入 8031 的 T0，通過(guò)設(shè)置不同的時(shí)間常數(shù)，可以改變主軸每轉(zhuǎn)時(shí)的縱向進(jìn)給量，從而加工出不同螺距的螺紋，零位螺紋信號(hào)送入 8155（ 1）的 PB6,用來(lái)防止多 次走刀時(shí)螺紋亂扣。 在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不但復(fù)習(xí)了所學(xué)過(guò)的知識(shí)點(diǎn)，還學(xué)到 了新的知識(shí)，同時(shí)將所學(xué)到的知識(shí)充分的運(yùn)用起來(lái)，做到了學(xué)以致用。無(wú)論從選題到幫助解決問(wèn)題，還是論文的審閱，王老師都投入了很大的心血。 還有我的同學(xué)們，謝謝你們的幫助！ 刀架 系統(tǒng)初始化 開(kāi)放總體中斷 開(kāi)放 T0中斷 啟動(dòng) T0計(jì)時(shí)器 等待 有采樣中斷？ 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 調(diào)采樣子程序 存儲(chǔ)刀具穩(wěn)態(tài)值 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 等待 T0采樣中斷服務(wù)程序 有采樣中斷？ 參考文獻(xiàn) [1] 李朝青 .單片機(jī)原理及接口技術(shù)第 3版。山東機(jī)械 2020 年 3 期 ?；旌鲜讲竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的研究 (一 )，電工技術(shù)雜志， 1998 [17] 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)第一，三，四冊(cè) .械工業(yè)出版社 .1998. [18] 邱宣懷 .機(jī)械設(shè)計(jì) .高等教育出版社 . [M].2020 [19]黃調(diào)，趙松年 .機(jī) 電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用 . [M].機(jī)械工業(yè)出版社 .1999. [20]吳振彪 .機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo) .中國(guó)人民大學(xué)社 .2020 [21]余英良 .機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例 .機(jī)械工業(yè)出版社 .1997 [22]JuferM, stepping motors 25 years of IMCSD 25th Annual Symosium,1996,307～ 316