一般数控雕铣机的电机的选择按如下步骤:降速比的计算及齿轮齿数的确定→转动惯量的计算→力矩计算→计算电机最高工作频率→确定电机型号。我们为确定Y方向的步进电机,其它两个步进电机可按同样的方法选择。已知条件为:拖动部分质量:w=56.3kg时间常数:.=25ms丝杠螺距:t=4mm脉冲当量:#=0.01mm步距角:.=0.9°传动比:i=1快速进给速度:Vmax=3m/min

1.转动惯量计算

拖动部分重量折算到电机轴上的转动惯量:J1=180#%&W=0.228kg..cm2丝杠的转动惯量:J2=7.8×10-4D4L=0.9984kg..cm2总转动惯量:J=J1+J2=1.226kg·cm2

2.力矩计算

力矩计算有两项内容,一是计算伺服系统快速空载启动时所需力矩;二是计算伺服系统在最大切削负载条件下所需力矩。得到计算结果后,就可以根据初选电机的动态特性判断初选电机是否能满足快速空载启动和正常工作时所需的力矩要求。

(1)伺服系统快速空载启动时所需力矩

M=Mamax+Mf+M0式中Mamax——快速空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩Mf——折算到电机轴上的摩擦力矩M0——由于丝杠预紧所引起,折算到电机轴上的附加摩擦力矩计算得:Mamax=Jnmax9.6.×10-4N.m=19.15N·cmMf=fWt2&.i=4.48N..cm(其中f=0.1,.=0.8)由于所采用的是普通滑动丝杠,故认为M0=0。伺服系统快速空载启动时所需力矩M=Mamax+Mf+M0=23.63N..cm

(2)最大切削力的计算:

我们按立铣刀加工铜合金为切削条件进行计算,切削力Fz=9.81Cfza0.86eaf0.72apd0-0.86ZFH=(1.0～1.2)Fz折算到电机轴上的切削负载力矩:Mt=FHt2&.伺服系统在最大切削负载条件下所需力矩:M=Mat+Mf+Mt=17.2N..cm由此可知最大力矩Mmax发生在快速启动情况下,Mmax=23.63N·cm

3.步进电机选择

为了使数控雕铣机的电机正常运行(不失步、不越步),正常启动并满足对转速的要求,启动力矩选取为:Mq≥MLo0.3～0.5式中Mq——电动机启动力矩MLo——电动机静负载力矩所以Mq=ML00.4=Mmax0.4=23.630.4=59.1N·cm

我们选用4相混合式步进电机,查表知Mq/Mjm=0.707所以步进电机的最大静转矩为:Mjm=Mq0.707=83.6N..cm

数控雕铣机的步进电机最高工作频率为:

fmax=Vmax60#=300060×0.01=5000Hz

综合考虑,选择86BYG450B型步进电机。为了便于设计和控制,X向也采用86BYG450B步进电机。同样的方法,我们选取Z向步进电机为57BYG450C。