作台上由工作台带动做直线或曲线进给运动刀具在切削时每个刀齿是断续的进行切削作业，每时刻参与切削作业的刀齿齿数和每个刀齿的切削厚度都是变化的，这也正是刀具进行加工作业时容易引起机床振动的原因切削时，刀具同时参加切削的齿数较多，便于采用较大的切削速度和进给给量，因而生产效率高。

.数控钻床的相关技术参数数控立式钻床有很多种，主要用钻头在工件上加工孔如钻孔扩孔铰孔攻丝锪孔等的机床，机械制造和各种修配工厂必不可少的设备。

根据本次设计型号，是经济数控立式钻床，工作台和主轴箱可以在立柱上垂直移动，用于加工中小型工件。

该机床三轴均由数控系统协同步进电机控制以产生大扭距和高定位精度。

该系列机床具有加工刚性好编程简单操作方便易上手和使用可靠安全的优点。

该数控立式钻床的主要技术参数规格见下表.所示表.机床参数主轴箱行程最大钻孔直径主轴电动机功率.主轴端面至工作台最大面积主轴转速范围工作台面积主轴最大进给抗力轴定位精度.主轴最大扭矩轴定位精度.工作台轴行程轴定位精度.工作台轴行程重复定位精度.轴行程外形尺寸长宽高.数控机床对于进给驱动系统的相关要求驱动系统的调速范围要宽，即指进给电机能提供的最低转速和最高转速具有具备足够广的调整幅度。

对于般的数控机床，作业能力要求进给驱动系统能在速度范围内工作就合乎要求了。

驱动系统的定位精度要高要能达到较高的精度和刚度且传动平稳噪声低的要求。

主传动系统的刚度直接关系到数控机床的加工精度以及后期的精度提高。

所以般采用高精度轴承以提高主轴件的刚性以实现传动件制造精度和刚度的提高。

快速响应，无超调。

所有被控制的电动机要求起动平稳响应快速无冲击震动无振荡电气检修噪声无异常并且温升无异常。

可做到低速大转矩，具备强过载能力。

进行作业时进给驱动系统被要求在低速时能保持恒力矩输出不发生爬行现象，并且在相对段较长时间内能承受频繁的启动反转制动，拥有较强的过载能力。

驱动系统的可靠性要高以满足数控机床长时间连续运转的特点需求。

因此可靠性技术容错技术及冗余技术作为电气系统设计和部件选用是个常用的做法手段，而且部件应选用符合有关国际标准且取得授权认证的最成熟的产品。

.传动系统相关计算钻头主切削运动的动力来自主轴，主轴得在电机带动的高速旋转下同时承载钻头切削工件时从主轴电机传递过来的的强劲动力，而且高精度是在任何情况下都必须首先保证的硬性指标。

在机床中最关键重要的部件就是主轴，主轴的技术指标是也决定了机床的技术水平以及精度水平。

主轴按结构来分的话是分为机械主轴和电主轴。

机械主轴是由刀具装夹机构轴承元件主轴冷却系统配套的主轴电机测量反馈部件和驱动装置等组合构成。

部分机械主轴还配备有液压或是气动操作的换挡机构。

电主轴则是指那些主轴电机被集成到主轴的机械部件中的主轴系统。

本设计中的机床主轴传动系统主要相关参数如下表.和表.所示表.主轴传动系统主要相关参数工作台重量转子转动惯量.夹具重量丝杆导程静摩擦系数.丝杆总长动摩擦系数.定位精度.丝杆预紧时效率.步距角.驱动时总效率.重量电机最大转速最大进给速度.表.主轴工作情况切削方式纵向切削力垂向切削力进给速度工作时间百分比丝杆轴向载荷丝杆转速强力切削.般切削.精切削快速进给传动系统对驱动电机的相关要求水平直线运动轴空载时的摩擦转矩为加工时的负载转矩为垂直直线运动轴加工时的负载转矩为根据上面的计算，工作台水平运动轴选型转矩为•的步进电动机主轴箱垂直直线运动轴则选用型转矩为•的步进电动机主轴钻头由型功率为.的交流异步电机带动液压泵使用型功率为.的三相电泵。

步进电动机的最高转速取为。

因为步进电动机与丝杠直连，即，工作台快速进给的最高速度要求达到，则丝杠的最高转速为。

根据丝杠导程公式代入式，得丝杠的导程为根据精度要求，数控机床的脉冲当量可定为。

脉冲当量是指每脉冲信号输入机床运动部件所产生的位移量，这又被称作最小设定单位。

步进电机完成每转，控制器所应发出的脉冲数由以下公式可知因为有代入式，得验算，以上结果与相符合。

.步进电动机速度的控制步进电动机运转的速度，取决于输入脉冲的频率，在控制软件中，控制两个节拍进给脉冲的时间间隔，就可以方便的实现步进电动机的运转速度的控制。

根据数控钻床的加工要求，由上面已经选择好的型号的步进电动机，电动机的转速为，要求步进电动机步距角.，由下式和式求出相应的两个节拍间的时间间隔及脉冲频率，即当需要快速进给，.，.时，求得.，当需要精切削进给.时，求得.，当需要般切削进给.时，求得.，当需要强力切削进给.时，求得.，.步进电动机驱动进给系统.步进电动机的选用原则以及性能指标选用原则步进电机在机床产业中通常被用来控制定位和定速可以说是机电体化产品中至关重要的部件之。

步进电机自身具有转动惯量低定位精度高无累积角误差控制方法简单的优点。

例如在计算机数控机床包装产业机械计算机外围设备复印机以及传真机中都不可或缺地使用了步进电机。

选用步进电机的前提首先是得确保所用步进电机的输出功率大于负载所需的功率，然后要计算机械系统的负载转矩，同时要电机的矩频特性在满足机械负载要求即在实际作业过程中各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内的情况下还要有定的余量，以此保证其可靠运作。

同时应使步距角和机械系统相匹配以得到机床所要求的脉冲当量。

若想得到更小的脉冲当量可通过改变丝杆的导程或通过对步进电机进行细分驱动来实现。

细分只能改变其分辨率但不能改变其精度，因为精度是由电机的固有特性所决定。

在选择功率步进电机的时候应当首先估算负载惯量和机床要求的启动频率，以使其惯性频率特性在与步进电机相匹配的情况下还另有定的余量，从而使之在最高速时的连续工作频率满足机床快速进给的要要。

步进电动机性能指标步距角，若步距角在步进电动机通电方式和传动比已经初步确定的情况下，则应该满足为传动比，为负载要求的最小位移增量。

最大静转矩，其余负载转矩的关系为，为保证步进电动机能正常工作，还必须满足。

空载启动频率，由于在负载情况下，步进电动机不失步启动所允许的最高频率是随负载的增加而显著下降的，因此，在选择电动机时应该选择合适的。

精度，可以用步距误差或累积误差来衡量步进电动机的精度。

累积误差它是指时刻转子从任意位置开始，经过若干步后，转子的实际转角与理论转角之差的最大值，用累积误差衡量精度比较实用，所选用的步进电动机应满足式中，为传动比，负载轴上允许的角度误差。

.步进电动机的选择步进电动机是种驱动装置，它将接收的电脉冲信号转换成机械角位移，进而对外做功。

每对步进电动机它施加个单位电脉冲信号，它的转子就旋转转过个固定的角度，被称之为步，每步转过的角度即为步距角。

目前常见的步进电动机它的步距角有以下，，等，斜线前面表示工作半个步距角度，斜线后面表示工作全步距角度。

步进电动机最显著的优点是具有较好的定位精度，它无漂移和累积定位误差还能跟踪定频率范围的脉冲列。

本次是以数控立式钻床为对象，其型号为，要求步进电动机的步距角控制精度为.。

该数控立式钻床是采用系列及混合式驱动步进电动机。

参数释义机座号，电机外径混合步进电机代号代表五相电机转子齿数规格号.步进电动机的工作原理步进电动机内部结构主要是由定子和转子组成，定子上附有绕组，根据定子上绕组的数量可对电动机进行分类，可分为两相三相和五相步进电动机。

本毕业设计中由前面推算选择所确定的步进电机为五相十拍，各绕组按驱动器设定的通电顺序通以直流电使其电动机按要求的方向转动。

电机转子和定子上环形均布着齿，绕组中的电流每变化次则转子和定子的相对位置就变化个角度。

其机构如图.所示图.五相电动机结构例如进行整步驱动时首先将所在相进行励磁，让该磁极磁化成极，该极将与带有极磁性的转子上的小齿互相吸引同时与带有极磁性的转子上的小齿相排斥，在转动到新的磁平衡位置后停止。

这时候没有进行励磁的相磁极的小齿与转子上的带有极磁性的小齿互偏离.。

以上便是先进行相励磁时候的定子和转子小齿的位置关系。

当驱动器控制由相励磁进行到相励磁时候，相磁极被磁化成为极，进而与拥有极磁性的转子产生异性相吸同时与拥有极磁性的转子同性相排斥。

即是说，进行整步驱动时候从相励磁转换至相励磁时会让转子转动.。

因此可以知道，驱动器控制的励磁相位顺序从相相相相相相依次进行通电励磁，使步进电动机每次以.整步工作。

同理得若希望电动机反向转动时，只需将励磁顺序倒转过来成依照相相相相相相的顺序通电励磁就可以了。

因此根据公式，式中转子齿数步进电动机相数控制方式系数，为供电拍数与相数之比，拍数相数，该系列及步进电机采用整步驱动时，步进的步距角为当采用半步细分驱动时，步进的步距角为。

由以上的分析得出五相步进电动机的步距角为.或者.，跟上面所选的系列及型号的步进电动机参数相吻合。

.主轴步进电机的控制步进电动机是如何运行的及其运行特性是由与之配套使用的驱动器决定的。

因为电机的标称步距角不定就是它在实际工作时的真正步距角，因为真正的步距角是与驱动器的设定有关的。

通过上面的计算设计确定步进电动机的型号为系列及型号，五相十拍工作方式。

驱动器由脉冲发生器环形分配器功率放大器等组成，如图.所示，驱动器它是将变频信号源送进来的脉冲及方向信号按既定的通电励磁方式自动循环供给给电动机的各相绕组，以驱动电动机转子旋转。

图.步进电动机控制图图.为系列及型号的接线图，接接接接接接接接接接，采用十芯插座。

图.引脚接线图主轴的运动是得通过步进电动机带动的，而步进电动机是依靠相应配套使用的步进电机驱动器控制使其工作转动。

如图.所示为五相十拍混合式步进电机，若实现步进电动机按控制运转的话，就需要了解接线端子排四位拨动开关的使用方法。

图.步进电动机驱动器的外形及拨动开关图中拨动开关是个四位开关，通过该开关可以设置电动机的控制方式。

第位脉冲控制模式的选择拨向端为单脉冲的控制方式，拨向端为双脉冲的控制方式。

在单脉冲控制方式下需要端子接入正反转运行脉冲信号，而端子是输入正反转运行方向信号。

双脉冲控制方式下，端子是输入正向运行脉冲信号，而端子是输入反转运行脉冲信号。

第二位运行方向的选择仅处于单脉冲工作方式时有效位置是为标准设定，位置则是单方向运转，与状态的转向相反，其设定后不受正反转方向信号的影响。

第三位整半步运行模式选择拨向位置时电动机是以半步细分的方式运行，拨向的位置时电动机是以整步的方式运行。

第四位自动试机运行拨向位置时驱动器接受外部脉冲控制运行，拨向位置时自动试机运行，此时电动机以半步控制的速度自动运行，或者以整步控制的速度自动运行，自动试机运行时候不需要外部脉冲输入。

在图示步进电机驱动器的正面板上还有两个指示灯，它们表示的意义为该步进电机驱动器的工作电源指示灯，灯亮时表明驱动器通电。

在驱动器通电情况下，该指示灯当电动机运行时发生闪烁，其闪烁的频率就等于电气循环原点信号的频率。

接线端子的意义如下表.所示表.接线端子的意义端子名称名称意义

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