步进电机扭矩计算.docx

Z406 数控坐标台式钻床主轴自动 进给步进电机扭矩的设计计算 陆扬[菲尼克斯亚太电气（南京） 有限公司,江苏南京211100 ]设计Z406数控坐标台式钻床时，对主轴自动进给步进电机扭力矩的设计计算介绍如下: 该数控坐标台式钻床设计要求:1） 最大钻孔直径为d 6mm; 2）钻削材料为碳素结构钢O b = 65kgf/ mm2 ,HB170〜200 ;3）切削刀具为高速钢W18Cr4V钻头，加冷 却液;4） 进给量0. 2mm/ r 1 主轴轴向力计算计算公式为：P = 61. 2 XD XS0. 7其中P为轴向力/ kN ;D 为最大钻孔直径/ mm;S 为主轴每转进给量P = 61. 2 XD XS0. 7 = 61. 2 X6 X0. 20. 7〜11166kN , 考虑到摩擦力，传动效率等因数，取轴向力P = 1147kN 进行以下计算2 主轴套筒受力分析和计算（图1）Ft = 圆周力; Fr = 径向力; F= 法向力= 1147kNFt 为Fcosa = 150 Xcos20° = 1138kNFr 为Fsina = 150 Xsin20° = 015kN现将轴向力平移至主轴套筒D点,需加一个力矩M=P Xd/ 2 = 150 X1. 8cm〜2165kN ・ cm , M 的值即是最 大阻力矩M阻。

只有当M主〉M阻时，主轴套筒才能向下 运动,进行钻削加工现根据结构需要初步选择最大静扭 力矩为196N • cm的步进电机作为主轴的自动进给电机， 由于电机的最大静力矩Mj ,max = 196N • cm < M阻,所以 将电机通过少齿差减速器减速80 倍后再输出， 故从理论 上电机的最大静力矩Mj ,max也将相应增加到Mj ,max = 196N • cm X80 = 15168kN • cm，此时Mj ,max = 196N • cm X 80 = 15168kN • cm > M阻根据步进电机原理有关资料介 绍,当步进电机在运行频率增大或负载增大时,步进电机 的输出扭力矩将大大下降，即有M/ Mj ,max c = 0. 2〜0. 5 （此为经验系数） ,现取系数0. 2 ,则在钻床最大负荷时,电 机的输出扭力矩M主二15168kN・cm X0. 2 = 15168kNcm , 即M主〉M阻〜21645kN・cm ,所以该电机经减速80倍 后, 可以保证在最大切削负荷时也可以满足使用, 步进电 机（该电机的步距角为0. 75°） 也不会产生失步现象 收稿日期:2006208222（上接第55 页）4 结束语 本测量系统实用性强, 能够巡回采集测量多路信号, 结构较为简单, 成本低, 精度较高。

系统的可扩展性强, 可 通过单片机的串行口连接RS232转换芯片MAX232与数 控机床相连, 完成实时数据的传递和其他控制工作在实际生产中,通过增减传感器的数量可测量有不同等分要求 的装置,例如有180°定位要求的调头镗孔加工,以及每隔 60°的六等分定位的正六面棱体的加工等系统的可移植 性强,只需改变前端测量用的传感器类型,可在此基础上 修改为其他非电量参数的测量系统[2 ] 进给齿轮亿24丨左严-2矿）F寸二袪向力= l.47kN蜩轴ft = I® Rl J； =FG(Ktf=切一叭（姒址给庆绘絞为忡受力分析）Fe轻向力二闷n =05kNA/D XH-Sil'小（时]55（上接第参考页）图M主程序框图数据tE冲师、显不缓冲区沽岑定时器/计数器0初始化XI刑初一始化]献:[1 ]孙俊逸，盛秋林，张铮.单片机原理及应用[M].北京:清华 大学出版社,2006.[2 ] 孙程光， 徐晓辉， 董 浩， 温 阳 ， 张 彪. 一种多通道环境温 度采集系统的设计J ].计算机与信息技术,2005 ,12 :802841 收稿日期:2006209206•机械制造与研究• 陆扬• Z406数控坐标台式钻床主轴自动进给步进电机扭矩的设计计算• 56 • http :// ZZHD. chinajournal. net. cn E2mail:ZZHD@chinajournal. net. cn 《机械制造与自动化》__。