机电课程设计
目录
1设计任务与总体方案的确定 (2)
1.1 系统总体方案设计 (2)
1．2系统总体方案设计 ........................................... 2 2 机械系统的改造设计 . (3)
2.1 主传动系统的改造 (3)
2.2 主轴脉冲发生器的安装 (4)
2.3 进给系统的改造 (4)
2.4 安装防护 (4)
3 纵向进给传动部件的计算和选型 (4)
3.1 切削力的计算 (4)
3.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (6)
3.2.1 精度的选择 (6)
3.2.2 丝杠导程的确定 (6)
3.2.3 最大动载荷的计算 (7)
3.2.4 滚珠丝杠螺母副的选型 (7)
3.2.5 滚珠丝杠副的支承方式 (8)
3.2.6 传动效率的计算 (8)
3.2.7 刚度的验算 (8)
3.2.8 压杆稳定性校核 (9)
3.3 同步带减速机构设计 (10)
3.3.1 传动比的确定 (10)
3.3.2 传递功率的估算 (11)
3.3.3 选择带型和节距 (11)
3.3.4 确定带轮齿数和节圆直径 (12)
3.3.5 中心距、节线长度和带齿数的确定 (12)
3.3.6 校验带与小带轮的啮合齿数 (12)
3.3.7 计算基准额定功率 (13)
3.3.8 确定实际同步带宽度 (13)
3.3.9 同步带工作能力的验算 (13)
4 电动机的选择及其驱动电路设计 (14)
4.1 纵向步进电动机的计算与选型 (14)
4.1.1 转动惯量的折算 (14)
5 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T (15)
5.1 同步带传递功率的校核 (18)
6
电动机驱动电路设计 (19)
6.1 光电隔离电路 (19)
6.2单极性可逆PWM电路设计 (19)
7数控系统设计 (20)
7.1硬件电路设计 (20)
7.1.1数控系统的硬件结构 (20)
7.1.2数控系统硬件电路的功能 (21)
7.1.3主控芯片及相关芯片的简介 (21)
1设计任务与总体方案的确定
1.1 系统总体方案设计
最大加工直径：630mm ；
床鞍上最大加工直径：350mm ；
最大加工长度：1400mm ；
纵向导轨长度：2900mm ；
主电动机功率：10kW ；
托板和刀架的总重力G 纵向：1200N
托板和刀架的总重力G 横向：800N
最大进给速度max j V ：纵向：1/min m ，
横向：0.5min /m ；
最大刀架快移速度max V ：纵向：2min /m ，
横向：1min /m ；
脉冲当量p ：纵向：0.01mm /脉冲，
横向：0.005mm /脉冲；
定位精度：纵向：0.01mm ，
横向：0.005mm ；
启动加速时间0t ：纵向：35
横向：100ms ；
电动刀架转位数：4
1．2系统总体方案设计
数控系统总体方案设计应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统CPU 的选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。
（1）系统的运动方式：该车床改造后应具有单坐标定位，两坐标直线/圆弧插补的功能。所以数控系统应设计成连续控制型。
（2）进给伺服系统的类型：按任务要求采用步进电机的开环控制系统。这样改造后的车床属于经济型数控车床，在保证一定加工精度的前提下，简化了结构，降低了成本。
（3）数控系统处理器的选择：依据技术指标中最大加工尺寸、最高控制速度，以及数控系统的经济性要求，决定选用MCS-51系列的8位单片机作为数控系统的CPU。MCS-51系列8位机具有功能多、速度快、抗干扰能力强、性价比高等优点。
（4）根据系统的要求，需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等；还要选择步进电动机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器等。
（5）为了加工安全还需安装纵向和横向限位开关。
（6）主轴电动机的交流变频器的选择及主轴脉冲发生器的选择。
（7）为了达到设计要求中的速度和精度，纵向与横向进给传动应选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副；为了消除传动间隙、提高传动刚度，滚珠丝杠的螺母应有预紧机构。
（8）为了满足脉冲当量的设计要求和增大转矩，同时也为了是传动系统的负载惯量劲可能地减小，传动链中应设有减速机构。减速机构选则同步带，其综合了带传动、链条传动以及齿轮传动的优点，在许多领域已经替代了齿轮传动和链传动。
2机械系统的改造设计
2.1主传动系统的改造
普通车床进行数控化改造时，为了减少工作量，一般保留原有的主传动机构和变速操纵机构。改造后使其主运动和进给运动分离，主电机的作用仅为带动主轴旋转，主轴的正转、反转和停止由数控系统来控制。
若要提高车床的自动化程度，需要在加工中自动变换转速，可用2-4速的多速电动机代替原有的单速主电动机；当多速电动机仍不满足要求时，可用交流变频器来控制主轴电动机，以实现无极变速。
采用交流变频器实现主轴电机的无极变速，本设计选用F1000-G0110T3C型变频器，该型号适配电机11KW，额定输出电流为23A。
2.2主轴脉冲发生器的安装
主轴脉冲发生器是为了加工螺纹而安装的主轴检测装置，微机从主轴脉冲发生器中取出与螺距相应的脉冲数，使主轴旋转角度与进给量保持一定关系，确保螺距的准确性。主轴脉冲发生器的安装通常有两种：一种是同轴安装，另一种是异轴安装。一般经济型数控改造多采用同轴安装。本设计选用1200线主轴脉冲发生器，采用同轴安装方式并采用波纹管与主轴柔性连接，该连接方式在实现角位移传递的同时，能够吸收车床的部分振动，从而使脉冲发生器平稳转动。
2.3进给系统的改造
拆除挂轮架所有齿轮并寻找主轴，安装主轴脉冲发生器；拆除原机床进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杆、操纵杆、齿条等；在纵溜板、横溜板的下面丝杠螺母座托架；在原进给箱位置安装纵向伺服电机与减速箱总成，在横溜板后部安装横向伺服电机与减速箱总成；拆除四方刀架及上溜板总成，在横溜板上方安装电动刀架。
2.4安装防护
普通车床的数控化改造中应根据实际情况采取相应的防护措施，比如滚珠丝杠副由于精度要求较高，工作时需防尘防灰，尤其不能让金属削进入滚道，所以纵向丝杠应安装防护罩。大托板与导轨接触的两端面要贴上橡胶片，防止杂质进入滑动导轨面损伤导轨。
3纵向进给传动部件的计算和选型
3.1切削力的计算
切削力是指在切屑过程中产生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向相反
的切削力，或通俗的讲是在切削加工时，工件材料抵抗刀具切削时产生的阻力。车削外圆时的切削力如图3-1所示。主切削力z F 与切削速度的方向一致，垂直向下，是计算车床主轴电动机切削功率的依据；进给力x F 与进给方向平行且方向相反；背向力y F 与进给方向相垂直，对加工精度的影响较大。
图3-1 车削力分析
Z F =0.67 1.5max D
式中max D 为车床床面加工最大直径 横切端时，主切削力约为12
Z F 走刀方向的切削力x F 和垂直走刀方向切削力y F 按
Z F ：x F ：y F =1：0.25：0.4
Z 切削力计算
纵切外圆
Z F =0.67 1.5max
D N=0.67* 1.5630=10594.62N Z F ：x F ：y F =1：0.25：0.4
?x F =2648.66N y F =4237.848N
横切端面,c F =12Z F =12*10594.62=5297.3N ,c F ：,x F ：,y F =1：0.25：0.4?,x F =1324.33N ,y F =2118.92N
3.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型
3.2.1 精度的选择
滚珠丝杠副的精度直接影响数控机床的定位精度，在滚珠丝杠精度参数中，其导程误差对机床定位精度最明显。一般在初步设计时设定丝杠的任意1200mm 行程变动量300V 应小于目标设定定位精度值的1/3～1/2,在最后精度验算中确定。对于车床，选用滚珠丝杠的精度等级X 轴为1～3级（1级精度最高），Z 轴为2～5级，考虑到本设计的定位精度要求和改造的经济性，选择X 轴精度等级为3级，Z 轴为4级。
3.2.2 丝杠导程的确定
选择导程跟所需要的运动速度、系统等有关，通常在：4、5、6、8、10、12、20中选择，规格较大，导程一般也可选择较大（主要考虑承载牙厚）。在速度满足的情况下，一般选择较小导程（利于提高控制精度），本设计中初选纵向丝杠导程为6mm ，横向丝杠导程为5mm 。
最大工作载荷的计算
最大工作载荷m F 是指滚珠丝杠螺母副在驱动工作台时所承受的最大轴向力，也叫进给牵引力,其实验计算公式如表3-1所示。
表3-1 m F 实验计算公式及参考系数
表中K 为考虑颠覆力矩影响时的实验系数；μ为滑动导轨摩擦系数；G 为移动部件总重量。
查表3-1选择综合导轨，K 取1.15,μ取0.15,G 为1200N ；
?,,()m x Z F KF f F G =++=1.15*1324.33+0.15(5297.31+1200)=2497.6N
3.2.3 最大动载荷的计算
对于滚珠丝杠螺母副的最大动载荷C 计算公式如下：
V =12
V=0.5 0L =1000， max V 为快进速度，丝杆最大转速 初选0L =6mm, t=15000h m f =1.15 n=0
1000s V L =10000.56?=83.3(r/min) L=
66010nT =66083.31500010??=75
?m h m C f F ==12112.7N
式中：L —滚珠丝杠副的寿命系数，单位为610r ，610/60nT L =（T 为使用寿命，普通机床T 取5000-10000h ，数控机床T 取15000h ；n 为丝杠每分钟转速）； M f —载荷系数，一般取1.2～1.5，本设计取1.2；
h f —硬度系数（HRC ≥58时取1.0；等于55时取1.11；等于52.5时取
1.35；等于50时取1.56；等于45时取
2.40）；
m F —滚珠丝杠副的最大工作载荷，单位为N 。
3.2.4 滚珠丝杠螺母副的选型
初选滚珠丝杆副时应使其额定动载荷a C C ≥, 当滚珠丝杠副在静态或低速状态下min)/10(r n ≤长时间承受工作载荷时，还应使额定静载荷m oa F C )32(-≥。 根据计算出的最大动载荷C =12112.7N,选择江苏启东润泽机床附件有限公司生产的FL4006型内循环式滚珠丝杠副，采用双螺母螺纹式预紧，精度等级为
4级，其参数如表3-2所示。
表3-2 FL5008-3型滚珠丝杠相关参数
3.2.5 滚珠丝杠副的支承方式
滚珠丝杠副的支承主要用来约束丝杠的轴向窜动，为了提高轴向刚度，丝杠支承常用推力轴承为主的轴承组合。考虑到纵向丝杠长度较大，本设计纵向丝杠采用双推—双推支承方式，该方式临界转速、压杆稳定性高，有热膨胀的余地。
3.2.6 传动效率的计算
滚珠丝杠的传动效率η一般在0.8～0.9之间，其计算公式如下： 将公称直径0d =40min ，基本导程h p =6mm ，代入
0a r c t a n (/())h p d λπ=?λ=,2.44
,摩擦角,10?=，tan /tan()ηλλ?=+ ,得传动效率η=94.2%
3.2.7 刚度的验算
滚珠丝杠副工作时受轴向力和转矩的作用，引起导程的变化，从而影响定位精度和运动的平稳性。轴向变形主要包括丝杠的拉伸或压缩变形1δ、丝杠与螺母间滚道的接触变形2δ、支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形3δ。
1)采用一端轴向固定，一端简支的方式，固定端采用一对推力角接触球轴承，面对面组配。51497, 2.110a mm MP α=E =?，查表3-33，得w D =3.9688mm ，算得丝杠底径2d =公称直径0d -w D =36.0312 2
24d S π==1019.64mm
忽略式3-256中的第二项，算得丝杠在工作载荷m F 作用下产生的拉/压变形量
152497.614970.0174421101019.64m F a ES δ?===?? 2)根据公式0
3W d Z D π=-,求得单圈滚珠数目Z=29，该型号丝杆为双螺母，滚珠圈
数3*2=6，则滚珠总数量Z ∈29*6=174 滚珠丝杆预紧时，取轴向预紧力
832.53
m YJ F F N == 滚珠与螺纹滚道间的接触变形量20.00151δ=
3)将1δ和2δ代入 12δδδ=+总，因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可减少一半，取2δ=0.000755 12δδδ=+总=0.01744+0.000755=0.01775
由表3-27知，4级精度滚珠丝杆任意1200mm 轴向行程的变动量允许24m μ，而查表3-3可知，m μδ361<,所以刚度足够。
表3-3 有效行程u l 内的目标行程公差p e 和行程变动量up V
3.2.8 压杆稳定性校核
由于滚珠丝杠本身比较细长又受轴向力的作用，若轴向负载过大，则会产生失稳现象，不失稳时的临界载荷F k 应该满足：
K F =≥22Ka
EI f k πm F 式中：
k f —丝杠支承系数，双推-双推方式时，取4，其他方式如表3-4所示；
K —滚珠丝杠稳定安全系数，一般取2.5～4，垂直安装时取最小值，本
设计取4； a —滚珠丝杠两端支承间的距离，单位为mm ，本设计中该值为1497mm ； I —按丝杠底径2d 确定的截面惯性矩（6442
d I π=，单位为4m m ）,本设
中将236.0312d mm =代入算出I =65351.24m m 。
由以上数据可以算出： 254
24 3.14 2.11065351.2
3.421041990k N F ????=??= 临界载荷K F 远大于工作载荷m F （2497.6N ），故丝杠不会失稳。
表3-4 丝杠支承系数
k f
3.3 同步带减速机构设计
3.3.1 传动比的确定
初选电机型号为110BYG2602，四相混合式，最大静转矩为20N M ?，步距角为0.75?
由2121θθ==n n i 和p h P δθ2360=?可得：p
h P i δθ?=3601 式中：1θ—电机编码器分辨率，单位为度/脉冲；
2θ—丝杠分辨率，单位为度/脉冲；
h P —丝杠导程，其值为6mm ；
p δ—脉冲当量，本设计中Z 轴为0.01mm /脉冲。 初选电机型号为110BYG2602，查表4-5知：步距角为0.75°。 所以传动比 0.756
543600.01i ?=/?=
由纵向床鞍的最快移动速度
max 2000m/min =v ，可以算出主动轮的
最高转速： max 1(/)/360(2000/0.01)0.75/360416.7/min n z v r δα??===
3.3.2 传递功率的估算
预选步进电机在转速为 416.7min /r 时，对应的步进电机脉冲频率为
()max 416.7360600.753333f Hz =?/?=。
从表6-4查得，当脉冲频率为3333Hz 时，电动机的输出转矩约为15N m ? 对应的输出功率为9550416.71095500.655Pout nT kw =/=?/=
据表3-18取工作情况系数K A =1.2，则由公式（3-14），求得带的设计功率1.20.6550.786A d P K P kW ==?=。
3.3.3 选择带型和节距
根据带的设计功率P d ，查表3-6选择同步带，型号为H 型，节距12.7p mm =。
表3-6 同步带型号
3.3.4 确定带轮齿数和节圆直径
Ｈ型小带轮转速在75时的最少许用齿数为14，为了提高传动精度，
取小齿轮数120z =，则小带轮节圆直径1164pz d mm π=
=，根据传动比5i =/4
算出大齿轮数225z =，则大带轮节圆直径2180d id mm ==。
当主动轮最高转速max max 60416.7(/min)h i V n r P ??=
=时，同步带的线速度为： 1max
3.1460.64416.7/ 1.32/)601000
60000d n v m s m s π??===? 远小于Ｈ型带的极限速度40/m s ，所以满足要求。
3.3.5 中心距、节线长度和带齿数的确定
初选中心距121.2()158.4()a d d mm =+=，圆整后取158a mm =。则带的节
线长度2
2112()2()542.4()24d d L a d d mm a π
-=+++=。根据，《数控技术课程设计指导书》表3-13，选取接近的标准节线长度558p L mm =，相应的齿数z=４８。 实际中心距558542158166()22
p r L L a a mm --=+
=+=。
3.3.6 校验带与小带轮的啮合齿数
啮合齿数)](22[12211z z a pz z ent z r m --=π ，式中)(x ent 为取整函数。一般情况下，应该保证6≥m z 。当m z 不满足要求时，可以增大r a 或1d 不变时减小节距p 。 通过计算，得出212.720[20/2(2520)]9.662166
m z ent π?=-
?-=>??， 满足要求。
3.3.7 计算基准额定功率 基准额定功率就是所选型号同步带在基准宽度下所允许传递的额定功率，其计算公式如下： v mv T P a )(20-=
式中： 0P —单位为W ；
a T —带宽为基准带宽
b 时的许用工作拉力，单位N ，如表3-8所示； m —带宽为基准带宽b 时的单位长度质量（线密度），单位m kg /； v —同步带线速度，上述3.3.4中已算出其值为1.32s m /。
表3-8 同步带基准宽度下的许用拉力和线密度
经计算，20(2100.850.44 1.32) 1.32 3.661000
P kW kW -??== 3.3.8 确定实际同步带宽度
实际所需同步带宽度r b 的计算公式如下：
14.1/10
)(P K P b b z d r ≥ 式中：b —选定型号的基准宽度，Ｈ型其值为19.1mm ；
z K —小带轮啮合系数，根据《数控技术课程设计指导书》表3-22，当6≥m z 时，其值为1。
经计算得出：≥r b 17.６2mm 。根据《数控技术课程设计指导书》表3-11，选定最接近的带宽=r b 19.1)(m m ，若选择双边挡圈，则最小宽度=r b 20.3mm ，挡圈厚度为2mm 。
3.3.9 同步带工作能力的验算
用下式来计算同步带的额定功率: v m v b b T K K P r a w z r )(2-= 式中：w K —齿宽系数，其值为7225.0)/(14.1==b b K r w 。
z K —小带轮啮合系数，取1；
经计算得出：3606.2
786r d P W P W =>=,所以满足要求。
4 电动机的选择及其驱动电路设计
近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域以及新型电力电子功率元件的不断出现，使采用全控型的开关功率元件进行脉冲宽度调制（PWM ）控制方式已成为主流，并作为其数字控制的基础。如果直流电机要求工作在正反转场合，这时还需要使用可逆PWM 控制方式，其又分为单极性驱动与双极性驱动两种，一般大功率电机驱动采用单极性驱动方式。
4.1 纵向步进电动机的计算与选型
4.1.1 转动惯量的折算
已知滚珠丝杆的公称直径0d =40mm ，总长1560mm ，导程h p =6mm ，材
料密度37.8510ρ-=?2/kg cm
,移动部件重力G=1200N ，小齿轮宽度b=20mm ，1d =64mm ，大齿轮宽度 b=20mm 2d =80mm ，传动比i=1.25
初选步进电机型号为110BY2602，查4-5表得传子传动惯量
m J = 15kg/c 3m =150N. c 3m
则加在步进电机轴的总传动惯量为212()/eq m z z w s J J J J J J i =++++ 4317.810 6.42=36.17.z J N cm -=???
4327.810842=63.9.z J N cm -=???
工作台折算到电动机周上的传动惯量
22336.0()()120438/43.8.22h w p J mi kg cm N cm ππ
==?==
丝杆的传动惯量 4437.810 4.012023.96.s J kg cm -=???=
23
15026.1743.8(63.9239)/1.2541.38.eq J kg cm ?=++++=
5 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T
加在步进电动机转轴上的等效转动惯量分为快速空载启动和承受最大工作负载两种情况进行计算。
1) 快速空载启动时电动机转轴所承受的负载转矩1eq T
由《数控技术课程设计指导书》式4-8式可知1eq T 包括三部分：快速空 载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩max a T 、移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩f T 、滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩0T 。因为滚珠丝杠副传动效率很高，根据《数控技术课程设计指导书》式4-12式可知，0T 相对于max a T 和f T 很小，可以忽略不计。则有
1max eq a f T T T =+
根据式4-9，考虑纵向传动链的总效率η=0.9，计算快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩：max 2160eq m
a a J n T t πη=?
其中m n ——对应纵向空载最快移动速度的步进电机最高转速，为750r/min a t ——步进电机由静止到加速至m n 转速所需要的时间，为0.4s 其中：max 360m v n αδ=
式中max v ——纵向空载最快移动速度，为2000mm/min
α——纵向步进电机步距角，为0.75
δ——纵向脉冲当量，本设计中为0.01mm/脉冲 带入max 360m v n αδ==416.7r/min 。 将上面数值带入max 2160eq m
a a J n T t πη=?=0.645N ·m
由式4-10可知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为:
()2c h f F G P T i
μπη+= 式中μ——导轨的摩擦因数，滑动导轨取1.6
c F ——垂直方向的负载，空载取0
η——纵向传动链总效率，取0.7 将上面数据带入()2c h f F G P T i
μπη+==0.21N ·m 最后带入1max eq a f T T T =+=0.645+0.21
N ·m=0.855N ·m 2） 最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩2eq T
由式4-13可知: 2eq T 包括三部分：折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩t T 、移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩f T 、滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩0T 。0T 相对于t T 和f T 很小，
可忽略不计。则有： 2eq t f T T T =+
其中，折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩t T 由式
2f h t F P T i πη=
计算可得t 1324.330.006T 1.446.m 220.7 1.25
t h F P N i πηπ?===?? 再由式4-10计算承受最大工作负载状态下，移动部件运动时折算到电动机转轴
上的摩擦转矩： ()2c h f F G P T i μπη+=
将数值带入上式得()0.16(5297.131200)0.006 1.14.220.7 1.25c h f F G P T N m i μπηπ++?=
==?? 最后由式2eq t f
T T T =+，求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩：2t f =T +T 1.446 1.135 2.58.eq T N m =+=
经过上述计算后，得到加在步进电机转轴上的最大 等效负载转矩： eq T =max{1eq T ，2eq T }=2.58N ·m
3）步进电动机最大静转矩的选定
考虑到步进电动机采用的是开环控制，当电网电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据eq T 来选择步进电动机的最大静转矩应满足：
max 44 2.58110.324.j eq T T N m ≥=?=N ·m
对于前面预选的110BYG2602型步进电动机，由表4-5可知，其最大静转矩max j T =20N ·m ，可见完全满足上式的要求。
4）步进电动机的性能校核
①最快工进速度时电动机输出转矩校核
任务书给定纵向最快工进速度max f v =500mm/min ，脉冲当量δ=0.01mm/脉冲，由式4-16求出电动机对应的运行频率
max 500/(600.01)833f f Hz Hz =?=
从表4-7可以看出，在此频率下，电动机的输出转矩max f T =14.6N ·m ，远大于最大工作负载转矩eq T =2.581N ·m ，满足要求。
②最快空载移动时电动机输出转矩校核
任务书给定纵向最快空载移动速度max v =2000mm/min ，仿照式4-16求出电
动机对应的运行频率 max 2000/(600.01)3333f Hz Hz =?=
从表4-7可以看出，在此频率下，电动机的输出转矩max T =15 N ·m ，大于快速空载启动时的负载转矩1eq T =2.581N ·m ，满足要求。
③最快空载移动时电机运行频率校核
最快空载移动速度max 2000mm/min v =，对应电动机运行频率max f =3333Hz 。查表4-5可知110BYG2602的极限运行频率为20000Hz ，可见没有超出极限。 ④启动频率的计算
已知电动机转轴上的总转动惯量J =241.38kg cm ?，电动机转子自身的转动惯量15m J =2cm kg ?，查表4-5可知电动机转轴不带任何负载时最高空载启动频率q f =1800Hz ，则由式
4-17可以求出步进电机克服惯性负载的启动频率为：
L f f ==905Hz
上式说明，要想保证步进电机起步时不失步，任何时候的启动频率都必须小于905Hz 。实际上，在采用软件升降频时，启动频率选的很低，通常只有100Hz 。综上所述，本例中纵向进给系统选用110BYG2602步进电动机，可以满足设计要求。
5.1 同步带传递功率的校核
分两种工作情况，分别进行校核。
（1）快速空载启动 电动机从静止到加速至n m =416.7r/min ，，同步带传递的负载转矩1eq T =0.855N ·m,传递的功率为
1/9.554160.855/9.5537.2m eq P n T W ==?=
（2）最大工作负载、最快工进速度 带需要传递的最大工作负载转矩2eq T =2.581N ·m ，任务书给定的最快工进速度max 500/min f v mm =，对应电
动机转速 max max (/)/360f f n v a δ==160r/min ，
传递的功率为max 2/9.5519.02f eq P n T W ==
可见，两种情况下同步带传递的负载功率均小于带的额定功率668.73W 。因此选择的同步带功率合格。
6 电动机驱动电路设计
6.1 光电隔离电路
光电隔离电路的作用是在电隔离的情况下,以光为煤介传送信号,对输入和输出电路可以进行隔离.因而具有良好的电绝缘能力并能够有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰，具有响应速度较快、寿命长、体积小耐冲击等特点。光电隔离在强-弱电接口、特别是在微机系统的前向和后向通道中获得广泛应用。 光电耦合器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于开关信号（数字信号）的传输，不适合于传输模拟量；线性光耦的电流传输手特性曲线接进直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。
6.2 单极性可逆PWM 电路设计
可逆PWM 电路分双极性和单极性两种，前者有低速运行平稳的优点，但存在着电流波动大，功率损耗大的缺点，尤其是必须增加死区来避免开关直通的危险，限制了开关频率的提高，因此只用于中小功率直流电机的控制。由于本设计选用的直流电机功率较大，尤其是在启动加速时刻，故选择后者。单极性驱动又分T 型和H 型，以H 型应用最多。一般对中大功率的直流电机驱动电路可以用相应的MOS 管和续流二级管（肖特基管）搭建H 桥驱动电路。使用MOS 管，其开关速度快，同时又是电压驱动型，驱动电路简单而且导通后内阻小，通过电流大，这样加在电机的电压就接近电源电压，使电机能正常工作。使用续流二级管，用来保护元器件不被感应电压击穿或烧坏，以及提供电机制动回路。