第２３卷第３期 ２０１０年５月 Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉ机电产品开崖局刨崭 Ｖｏ１．２３，Ｎｏ．３ ｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｍａｙ．，２０１０ 文章编号：１００２－６６７３（２０１０）０３—１８４—０２ Ｘ６２Ｗ铣床数控化改造 步进电动机的选择 赵洁，侯永亮 （包头轻工职业技术学院，内蒙古包头０１４０３５） 摘 要：介绍Ｘ６２Ｗ普通万能铣床的异步电动机改造成简易的数控铣床步进电动机的选择方法以及要注 意的问题。使数控化的Ｘ６２Ｗ铣床的加工效率明显提高，能够带动较大的转矩和扭矩，从而获 得了明显的经济效益。 ・关键词：Ｘ６２Ｗ；改造；步进电动机 中图分类号：ＴＧ６８ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—６６７３．２０１０．０３．０７４ Ｘ６２Ｗ Ｍｉｌｌｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｈｅ Ｃｈｏｉｃｅ ｏｆ Ｓｔｅｐｐｉｎｇ Ｍｏｔｏｒ ＺＨＡ０皿，ＨＯＵ Ｙｏ， ￡ｉａｎｇ （Ｂａｏｔｏｕ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｂａｏｔｏｕ Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｈａ ０１４０３５，Ｃｈｉｔｉｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ Ｘ６２Ｗ ｃｏｎｑｎｌｏｎ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｏｆ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒｓ ｉｎｔｏ ｅａｓｙ ＣＮＣ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｓｔｅｐｐｅｒ ｍｏｔｏｒ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄ ｔｏ ｋｅｅｐ ｉｎ ｍｉｎｄ．Ｔｈｅ ＣＮＣ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅｓ ｏｆ Ｘ６２Ｗ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｄｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ，ｔＯ ｐｒｏｍｏｔｅ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｏｒｑｕｅ ａｎｄ ｔｏｒｑｕｅ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔＯ ｇａｉｎ ａ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｘ６２Ｗ；ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ 式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角 ０引言 一般为１．８。而五相步进角一般为０．７２。。这种步进电机的 将Ｘ６２Ｗ普通铣床改造成数控铣床，可以提高劳动 应用最为广泛．也是本次细分驱动方案所选用的步进电 生产率，减轻操作人员的劳动强度．有利于提高设备的 机。 利用率，扩大机床的使用范围，完成普通铣床难以加工 （２）步进电机的一些基本参数：①电机固有步距角 或者根本不能加工的复杂型面的零件加工。改造后的简 表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角 易数控铣床由底座、工作台、床身、回转台、数控系统 度。电机出厂时给出了一个步距角的值．它不一定是电 及装置、升降台等主要部分所组成，数控化改造的主要 机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有 任务为增设数控系统和改造机械部分，主要进行改造的 关；（ 步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前 是机械部分。机械部分这次主要对步进电动机的选用进 常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数 行分析。 不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为０．９。／ １．８。、三相的为０．７５ｏ／１．５。、五相的为０．３６。／０．７２。。在没 １步进电机基本原理 有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机 （１）现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机 来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则 （ｖＲ）、永磁式步进电机（ＰＭ）、混合式步进电机（ｍ３） “相数”将变得没有意义．用户只需在驱动器上改变细 和单相式步进电机等。①永磁式步进电机一般为两相， 分数，就可以改变步距角；③保持转矩指步进电机通电 转矩和体积较小，步进角一般为７．５。或１５。；②反应式 但没有转动时．定子锁住转子的力矩。它是步进电机最 步进电机一般为三相．可实现大转矩输出．步进角一般 重要的参数之一。通常步进电机在低速时的力矩接近保 为１．５。。但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子 持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断 磁路由软磁材料制成．定子上有多相励磁绕组，利用磁 衰减．输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩 导的变化产生转矩；③混合式步进电机是指混合了永磁 就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。 （３）步进电机的一些特点：①一般步进电机的精度 收稿日期：２０１０—０３—１８ 为步进角的３％～５％，且不累积；②步进电机外表允许 作者简介：赵洁（１９８４－），教师，助工。研究方向：数控技术。 的最高温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材 １８４ ・数控机床世界・ 料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表 高运行频率：ｆ ．．ｘ＝１０００Ｖ ｎ邛／（６０８）＝１０００ｘ０．３９４／６０ｘ０．０１＝ 允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点； ６５６．７Ｈｚ：根据最高运行频率，初选９０ＢＦ００６反映式五 一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏１３０￣Ｃ以上，有 相十拍步进电机，其参数见表１。 的甚至高达摄氏２００￣Ｃ以上，所以步进电机外表温度在 此电机步距角：仅＝０．３６。；丝杠导程ｔ，＝５ｍｍ。从Ｘ６２Ｗ 摄氏８Ｏ ９０℃完全正常；③步进电机的力矩会随转速的 说明书中知垂直进给最小进给量为：０．００７８９ｍｒｄｒ 升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感 将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。 最小进给量＝击 ＝等 ５＝０・００５＜０・０１６６７，所以 在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流 满足要求。选择步进电机，不仅因为它能满足设计要 减小．从而导致力矩下降；④步进电机低速时可以正常 求，同时，我们考虑到机床改造的成本问题，步进电机 运转。但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。 较伺服电机的价格低。所以，选择步进电机为正确选择。 步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进 表１步进电机型号 电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲 进给 相 电 相 最高 最大 最高 频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵 方向 型号 步距角 电 运行 静转 空载 分配 转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电 数 压 矩 起动 方式 流 频率 Ｎ机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频 Ｍ 频率 ・Ｈｚ 率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转 纵向 横向 １１０Ｂ ３ Ｏ．７５ 速从低速升到高速）。 １．５。 ３０ ４ ７Ｏｏ０ ５０ ５ｏｏ 三相 ～六拍 步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发 垂直 方向 ９０ＢＦｏｏ６ ５ Ｏ－３６ ～０．７２￣ ２４ ３ ８Ｏｏｏ ２２ ２４ＯＯ 五相 十拍 挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及 ： 步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域 Ｊ 得到应用。 ） ３技术经济效益分析 Ｉ （１）床投人使用后，生产效率提高近两倍，加工质 ２步进电机选用 ： ｌ 量大幅度提高。工人的劳动强度和技术水平要求也大大 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位 ｆ 降低，以往存在的质量问题已被消除。 移和线位移的控制电动机。利用它可以组成一个简单的 ｛ （２）由于将原有的异步电动机改为步进电动机使机 全数字化伺服系统，不需要反馈信号，所以在开环数控 一 床的精度，稳定性大大提高。 系统中获得了极其成功的应用。开环伺服系统中执行元 ｌ （３）改善了工作环境，消除了人工打磨造成的粉尘 件是步进电机将进给脉冲转换为具有一定方向、大小和 ｌ 和噪声污染。 速度的机械转角位移，带动工作台移动。由于该系统没 ！ （４）对于加工一些型面比较复杂的零件，也能够满 有反馈检测环节，因此它的精度主要由步进电机来决： 足加工要求。 定，速度也受到步进电机性能的，所以步进电机的 ｌ 选择是很关键的。 ｌ ４结束语 选择步进电机时，应使步距角Ｏｔ和机械系统匹配。 － 该铣床数控化改造后投人生产。应用在某机油泵壳 这样可以得到机床使用时所要求的脉冲当量，并使最高 Ｊ 体的平面和某液压元件厂阀体油槽的铣削加工。使用结 连续运行频率能满足机床工作台移动的要求。通过对 Ｊ果表明。用改造后的铣床加工零件可提高加工精度，扩 Ｘ６２Ｗ原有的各项参数的分析得出：纵、横向最高运行｝ 大铣床使用范围，并使生产效率大大提高，取得良好的 速度为：１．１８ｍ／ａｒｉｎ；脉冲当量８为Ｏ．０１最高运行频率。 经济效益。实践证明。普通铣床的数控化改造对中上企 最高运行频率：ｆ 一＝１０００Ｖ ／（６０８）＝１０００ｘ１．１８／（６０ｘ ｆ 业有借鉴和推广意义。 ０．０１）＝１９６６．６６７Ｈｚ。根据最高运行频率，初选１１０ＢＦ—ｆ ００４型反应式三相六拍步进电机其参考数见表１。 ｆ 参考文献： 此电机步距角：ｏｔ＝０．７５。；丝杠导程：Ｌ．－Ｓｍｍ。从Ｘ６２Ｗ－．： ［１】李洪．实用机床设计手册【Ｍ】．沈阳：辽宁科学技术出版社，１９９９． 说明书中知，纵、横向最小进给量为０．０１６６７ｍｍ／ｒ。 Ｉ ［２】吴祖育，等．数控机床【Ｍ】．上海：上海科学技术出版社，１９９０． … 最小进给量＝ ×ｔｓ＝ ×５＝０．０１０４２＜０．０１６６７，所ＩＪ ［３】林其骏．机床数控系统【Ｍ】．北京：中国科学技术出版社，１９９１． ［４］宋丹．普通铣床的数控改造设计【Ｍ】．北京：水利电力机械，２００５． 以满足要求。升降台最高运行速度：ｖ ＝０．３９４ｍ／ａｒｉｎ；最 ： ［５】王爱玲．现代数控机床结构与设计［ ．北京：兵器工业出版社，２００５． １８５
