雷火电竞比赛:伺服电机计算选择应用实例全解

时间:2022-09-25 05:15:12 来源:雷火电竞安卓app 作者:雷火下载app官网

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  伺服电机计算选择应用实例伺服电机计算选择应用实例选择电机时的计算条件本节叙述水平运动伺服轴(见下图)的电机选择步骤。例:工作台和工件的:运动部件(工作台及工件)的重量(kgf)=1000kgf机械规格:滑动表面的摩擦系数=005:驱动系统(包括滚珠丝杠)的效率=09fg:镶条锁紧力(kgf=50kgfFc:由切削力引起的反推力(kgf=100kgfFcf:由切削力矩引起的滑动表面上工作台受到的力(kgf=30kgfZ1Z2变速比=11例:进给丝杠的(滚珠Db=32mm丝杠)的规格Lb=1000mmmm例:电机轴的运行规格Ta:加速力矩(kgfcmVm:快速移动时的电机速度mm-1=3000mm-1ta:加速时间s=010Jm:电机的惯量kgfcmsecJl:负载惯量kgfcmsecks:伺服的位置回路增益sec-1=30sec-111负载力矩和惯量的计算计算负载力矩加到电机轴上的负载力矩通常由下式算出Tm:加到电机轴上的负载力矩Nm:沿坐标轴移动一个部件工作台或刀架所需的力kgfZ1Z2=8mmTf:滚珠丝杠螺母或轴承加到电机轴上的摩擦力矩=2Nm伺服电机计算选择应用实例无论是否在切削,是垂直轴还是水平轴,值取决于工作台的重量,摩擦系数。若坐标轴是垂直轴,值可按下列公式计算:不切削时:例如:F=0051000+50=525kgfTm5250809Nm切削时W+fg+Fcf例如1000+50+30=154kgfTmc=15409+2=218kgfcm=21Nm为了满足条件1,应根据数据单选择电机,其负载力矩在不切削时应大于09(Nm),最高转速应高于3000(min-1)。考虑到加减速,可选择23000(其静止时的额定转矩为20Nm计算力矩时,要注意以下几点:。考虑由镶条锁紧力(fg)引起的摩擦力矩根据运动部件的重量和摩擦系数计算的力矩通常相当小。镶条锁紧力和滑动表面的质量对力矩有很大影响。。滚珠丝杠的轴承和螺母的预加负荷,丝杠的预应力及其它一些因素有可能使得滚动接触的Fc相当大。小型和轻型机床其摩擦力矩会大大影响电机的承受的力矩。。考虑由切削力引起的滑动表面摩擦力Fcf)的增加。切削力和驱动力通常并不作用在一个公共点上如下图所示。当切削力很大时,造成的力矩会增加滑动表面的负载。当计算切削时的力矩时要考虑由负载引起的摩擦力矩。。进给速度会使摩擦力矩变化很大。欲得到精确的摩擦力矩值,应仔细研究速度变化,工作台支撑结构(滑动接触,滚动接触和静压力等),滑动表面材料,润滑情况和其它因素对摩擦力的影响。。机床的装配情况,环境温度,润滑状况对一台机床的摩擦力矩影响也很大。大量搜集同一型号机床的数据可以较为精确的计算其负伺服电机计算选择应用实例载力矩。调整镶条锁紧力时,要监测其摩擦力矩,注意不要产生过大的力矩。计算负载惯量与负载力矩不同,负载惯量可以精确地算出。由电机的转动驱动的物体的惯量形成电机的负载惯量,无论该物体是转动还是沿直线运动。对各运动物体分别计算其惯量,然后按一定规则将各物体的惯量加在一起,即可得出总惯量。总惯量可按下述方法计算:圆柱体(滚珠丝杠,齿轮,联轴节等)的惯量计算圆柱体绕其中心轴回转的惯量可按下式计算:32980惯量kgfcms:物体的比重(kgcm:直径(cm):长度(cm)若物体的材料是铁(其比重为7810-3kgcmJ=07810-61000mm,其惯量为07810-6,工件等的惯量:沿直线;:电机一转物体沿直线mm,则其惯量计算得:JW伺服电机计算选择应用实例轴速的物体的惯量J0kgfcmsZ2J0:折算前的惯量kgfcms回转中心偏离轴心的圆柱体的惯量J=J0kgfcms980J0:围绕圆柱体中心回转的转动惯量kgfcms:物体的重量kg:回转半径cm上述公式用于计算大齿轮等零件的惯量。为了减小重量和惯量,这些零件的结构都是中空的。上述计算的惯量值的和是电机加速的负载惯量上述例子计算得到的JBJW的和就是负载惯量00082+00165对负载惯量的限制负载惯量对电机的控制特性和快速移动的加减速时间都有很大影响。负载惯量增加时,可能出现以下问题:指令变化后,需要较长的时间达到新指令指定的速度。若机床沿着两个轴高速运动加工圆弧等曲线,会造成较大的加工误差。负载惯量小于或等于电机的惯量时,不会出现这些问题。若负载惯量为电机的倍以上,控制特性就会降低。实际上这对普通金属加工机床的工作的影响不大,但是如果加工木制品或是高速加工曲线轨迹,建议负载惯量要小于或等于电机的惯量。伺服电机计算选择应用实例如果负载惯量比倍的电机惯量大的多,则控制特性将大大下降。此时,电机的特性需要特殊调整。使用中应避免这样大的惯量。若机械设计出现这种情况,请与FANUC联系。加速力矩的计算按下步骤计算加速力矩:计算加速力矩:步骤假定电机由NC控制加减速,计算其加速度。将加速度乘以总的转动惯量(电机的惯量负载惯量),乘积就是加速力矩。计算式如下。直线-e-ksVrTaksTa:加速力矩kgfcmVm:电机快速移动速度mita:加速时间secJm:电机的惯量kgfcmsJL:负载的惯量kgfcmsVr:加速力矩开始下降的速度Vm不同Ks:位置回路的增益sec:机床的效率例子在下列条件下进行直线。首先计算电机和负载惯量,然后计算加速转矩。电机惯量Jm3000min-130sec-1=00247kgfcms10100061(1-e-3010100247(1-e-3023000的速度-转矩特性可以看到,981(Nm)的加速力矩处于断续工作区的外面(见上面的特性曲线的力矩是不够的。如果轴的运行特性(如,加速时间)不变,就必须选择大电机。比如,选择33000(Jm002kgfcms),重新计算加速力矩如下:Ta121NmVr2049min-1由该式可知,加速时,在转速2049min-1时,要求加速力矩为121Nm由上面的速度-力矩特性可以看出,用33000电机可满足加速要求。由于已将电机换为33000,则法兰盘尺寸已经变为130mm130mm。若机床不允许用较大电机,就必须修改运行特性,例如,使加速时间延长。不控制加减速时速度指令 转矩 Vm Ta ta 时间 Vm 速度 公式为: Ta Jm+JL)60 ta Ta ks计算加速力矩:步骤 ,应在加速力矩Ta 上增加 Tm 为了得到电机轴上的力矩 (摩擦力矩) 130Nm 伺服电机计算选择应用实例计算加速力矩:步骤 应小于或等于放大器已限定的力矩。用相应电机的速度 -转矩特性和数据单核算由步骤 应在断续工作区内。因为 Vr 2049min-1 130Nm,用指定的时间常数加速是 可能的(条件 计算力矩的均方根值计算快速定位频率 绘制快速定位一个周期的速度 -时间和转矩 -时间图,如下 图。普通切削时,快速定位的频率不会有问题;但是,对于 有些频繁快速定位的机床必须检查加 减速电流是否会引起 电机过热。 根据力矩 -时间图可以得到一个运行周期的加于电机上力矩 的均方根值。对该值进行核算,确保要小于或等于电机的额 定力矩(条件 t0Ta :加速力矩 Tm :摩擦力矩 :停止时的力矩如果 Trms 小于或等于电机静止时的额定力矩( Ts),则选择 的电机可以使用。 (考虑到发热系数,核算时静止力矩应为 实际静止额定力矩的 90%。 例子: 在下列条件下选用 33000(Ts=31 kgfcm =30Nm的电机: Ta=121 Nm, Tm=To=09Nm t1=01 t2=18s; t3=70s。 202Nm Ts09=29 09=261 Nm 因此,用 33000电机可以满足上述运行条件。 (条件 伺服电机计算选择应用实例计算在一个负载变化的 若负载(切削负载,加 减速度)变化频繁,其力矩 -时间图 工作周期内的转矩 Trms 如下图所示。用该图计算出力矩的均方根值后进行核算,和 上述一样,使其小于或等于电机的额定力矩。 计算最大切削核算工作台以最大切削力矩 Tmc 运动的时间(在负荷期间 力矩的负荷百分比 的时间)要在希望的切削时间内。(条件 如果切削时加于电机轴上的Tmc (最大负载力矩) 11算得的 小于电机的静止额定力矩Tc与 热效率的乘积,则所选 电机可以满足连续切削。若 Tmc 大于该乘积( Tmc >Tc Tmc可以在整个切削周期内加 到电机上。(假设 Tmc<Tc 可用最大切削力矩连续运行(用最大切削力矩运 行的周期负荷百分比是 100% Tmc>Tc 根据下图和公式计算周期负荷的百分比。例如: 11的计算结果: Tmc=218 kgfcm=21 Nm OS: Tc=30 kgfcm=29 Nm 29 09=26 Nm 21Nm=Tmc 连续切削不会有问题。 计算最大切削力矩的 周期负荷百分比 13所述的方法计算一个切削周期内力矩的均方根值,指定时 off,以使均方根值不要超过静止额定力矩 Tc 与热效率 乘积。则最大切削力矩的周期负荷百分比计算如下:最大切削力矩的( Tmc )周期负荷百分比 例如:假设 Tmc=40 Nm Tm=09Nm 40 offon+09 ton+tof 26Nm ton toff16 即,非切削时间与切削时间的百分比为 16,或更大一些。 周期负荷的百分比为: off所以, 33000电机满足上述选择条件 电机的选择根据加于电动机上的负载,快速运动速度,系统的分辨率等 条件选择电机。本节后面的“伺服电机的选择数据表” 伺服电机计算选择应用实例以帮助正确地选择。 将机床的数据添在表的 1-3 组中,寄到我公司的代表处,他们 将负责填写表中 4-8 组的电机数据,并将表寄回。表中数据在 32中详细解释。 31 非数据组 机床类型 添入机床的型式,如:车床,铣床,加工中心等。 机床型号 机床厂确定的型号。 CNC 装置 使用的 CNC 系统,如: 0MC ,15T 主轴电机的功率该组用于检查伺服电机的输出功率。 轴的名称 CNC 指令使用的轴。若超过 FANUC填写。 32 数据 机床厂需填写 2,3组数据,其后的数据如果能够确定也 可以添入。如果确定不了,可由 FANUC 代表填写。各项的 详细内容如下所述。 No1 此组数据用于确定电机负载(惯量,力矩等)的近似值。该组的全部数据都要添。 轴的运动方向 即运动部件如:工作台,刀架等的移动方向。若轴为斜向移 动,要添入与水平方向的角度(如 为了计算再生放电能量,无论是水平方向还是垂直方向都必须指明。 驱动部件的重量 添入运动部件如工作台,刀架(包括工件,卡具等但不要包 含下一组中的平衡锤)等的最大重量。 平衡锤 垂直轴若有平衡锤请添入其重量,若用液压平衡请添入平衡 工作台支撑添入工作台滑板的类型,如:滚动,滑动或是静压。若有其 它形式的滑动导轨材料,请说明。 进给丝杠 按次添入丝杠的直径,节距,长度。 传动比 添入滚珠丝杠与进给电机之间的传动比,齿轮齿条时小齿轮 与进给电机间的传动比,回转工作台的转台与电机间的传动 这组是选择电机的基本数据。其中某些数据的计算方法请见41 42。10 伺服电机计算选择应用实例 电机每转的工作 添入电机转一转时机床的实际移动量。例如: 台的移动量 当滚珠丝杠的螺距为 12mm,变速比为 23 时,每转的移动量为 12 23 mm若用于转台,变速比为 172 时,每转的移动量是 360 172 deg。CNC 的最小输入单位 添入 NC 指令的最小输入单位值。 0,15,16,18 系统为 0001mm。 快速移动速度 添入机床实际要求的快速移动速度和坐标进给速度。 和进给速度 惯量 添入折算到电机轴上的全部负载惯量值。计算方法见 11。惯量 值不必很准确,添入 位数即可。例如,02865 可添入 029 03。注意该值不要包括毒剂本身的惯量值。负载力矩 由于在电机停止时也可能有非切削力矩,所以在考虑电机的连 续力矩时应留有一定余量。负载力矩要小于电机额定力矩的 70% 快速运动的力矩要添入快速移动稳态时的力矩。要确保该值要小于电机的连续额定力矩。该项数据不要包括加 减速所需力矩。 进给时的切削力,要添入切削时进给方向的最大切削力。 对于最大切削力矩,要添入上述加于电机轴的最大切削力的力矩 值。由于切削力产生的反作用力将大大影响力矩的传送效率,所以 要想得到精确地最大切削力矩,必须考虑其它数据或在机床上测 最大负荷(加工)在“负载力矩”项中添入最大切削力矩的负荷比和 时间。时间 时间各值的意义如下图。 快速移动定位的频率 添入每分钟快速定位的次数。该值用来检查加 减速时电机 是否会发热及放大器的放电能量。 No3 这组数据用于检查位置编码器装在电机外部时伺服系统的稳定性。当系统用直线光栅尺和分离型编码器时不要忘记添 11 伺服电机计算选择应用实例 入这些数据。 分离型检测器 若位置编码器装在电机外面,添入检测器的名称。若 使用回转式检测器,在“标注( Remark)”栏中添入下列各项。 旋转变压器 旋变转一转时机床的移动量。 旋变转一转时的波长数。 脉冲编码器 脉冲转一转时机床的移动量。 脉冲编码器的脉冲数。 机床进给系统的刚性 该项添入力矩加于电机轴且最终的驱动部件(如工作台)锁 住时的力矩与移动量之间的关系值,的即 弧度角位移所用的力矩值。例如: 力矩 500kgfcm 时位移 5deg 的计算结果如下 5005180π 5730kgfcmrad 若位移与力矩的关系是非线形的,可用原点附近的梯度计算。 力矩 Nm 位移rad 反向间隙 添入变换到工作台移动量的电机与最后驱动部件间(如工作 台)的间隙。 No4 电机的规格。 电机的型号 添入电机的名称,内装反馈单元的规格。 选择项,特殊规格 添入特殊规格要求,如果有的话。 反馈( FB)型式 No5 该组参数是指令的加 减速时间。并非定位的实际执行时间。 快速移动时加 减速时间根据负载惯量,负载力矩,电机的输出力矩和加工速度决定。详细地计算见 12 FANUC的CNC 快速运动时为线 伺服电机计算选择应用实例 切削进给时的加 减速 通常,切削进给时用指数函数加 减速。这组数据添入时间常数。 No6 输入倍乘比 ,指令 该组数据要求添入以最小输入单位移机床时的 NC 所需的设定 ,柔性变速比值。这些值的关系如下图示。 上图中,各比值必须设定,以保证误差寄存器的两个输入 要相等脉冲编码器用柔变速比。所以,CMR 通常设 1。若不设 请与FANUC 商量。柔性变速比( FFG)要设定电机轴转一转时所 要脉冲数与反馈脉冲数的比值算法如下: 电机轴转一转要求的进脉冲数 FFG 1,000,00013 伺服电机计算选择应用实例 脉冲编码器的反馈脉冲数是1,000,000。分子和 分母的最大允许值是 32767。分数要约为真分数。 例如: NC 的脉冲当量为 m,电机一转机床的移动距为8mm, 使用 A64 脉冲编码器。则 8,000 CMR=1FFG 1000,000,000125 半闭环且 检测单位FFG 的设定如下 电机一转机床的位移量所须的位置脉冲数 FFG mmrev 脉冲数 1010000 1100 20 20000 210 15030 30000 3100 位置回路增益 该组参数根据惯量添入经验值。由于机床的刚性,阻尼和其它因 素的影响,这些参数并非总是可用的,通常是按实际机床确定。 若位置编码器装在电机的外面,这些值受机床的刚性,反向间隙, 摩擦力矩影响。这些值必须填写。 减速停止的距离 在行程的终端,要考虑机床减速停止的距离,将其添入本组数据。 Vm l1 l2 l3 t1 t2 Vm :快速运动速度, mmmi :伺服的偏差量。t1 :通常为 002 Vmt2 kS:位置回路增益( sec -1 动态制动的停止距离该距离是当故障时,切断机床电源动态制动停止造成移动距 14伺服电机计算选择应用实例 Vm :快速移动速率, mmmin degminl1 :由于接收器的延时 t1 造成的移动距离 l2 :由于磁接触器的断开延时 t2 组成的移动距离 l3 :磁接触器动作后动制动造成的移动距离 (t1+t2 )通常大约为 005 移动距离(mm Jm+J1)(Ano+Bno 60Jm :电机的惯量( kgcms :负载惯量(kgcms :电机快速移动速度(rpm) :电机一转机移动量(mm deg)NoL=Vm 是常数,随电机而变各种电机的值见下面“动态制动停止距离计算的系数” 伺服放大器的规格。放大器的型式 指定 AC。 变压器 添入变压器的规格。 放大器规格 添入放大器模块的规格。 15 伺服电机计算选择应用实例 计算动态制动停止 距离的系数 16 伺服电机计算选择应用实例 计算 时,假设电源线Ω 。由于电阻的变 化,表中的数值会稍有不同。 系数值还随伺服放大器改变。这些系数将引起机床停止距离的变 17伺服电机计算选择应用实例 MTB 选择 AC 伺服电机的数据表 机床 类别 型号 NC ,主轴电机 NC: FANUC 主轴电机KW 轴移动方向(水平,垂直) 运动部件的重量 包括工件等 kgf平衡锤的重量 kgf 工作台支撑 滑动 ,滚动 ,静压 进给丝杠直径 电机轴一转机床移动量mm NC 的最小移动单位 mm 快速运动速度 mmmi 切削速度mmmi 惯量kgfcmsec 负载力矩不切削最低速度时 kgfcm 快速运动时 kgfcm 切削力 kg 最大切削力矩 kgfcm 最重切削负荷比 时间%mi 快速定位的频率次数 min 分离型位置编码器机床进给系统的刚性 kgfcmrad 反向间隙 mm 电机型号反馈型式 快速运动转数 rpm 选项 特殊规格要求 快速运动时的加减速时间 msec 切削进给时的加 减速时间 msec 指令倍乘比CMR 检测倍乘比 DMR 柔性变速比 FFG 位置回路增益 sec -1 减速停止距离mm 动态制动停止距离 mm 放大器型号变压器 规格 放大器 备注 版本 日期 名称 FANUCLTD 18 伺服电机计算选择应用实例 MTB 选择 AC 伺服电机的数据表 定位用,如冲床 机床类别 型号 NC NC: FANUC 项目运动件规格 轴移动方向(水平 ,垂直 ,回转) 运动部件的重量 包括工件等 kgf平衡锤的重量 kgf 工作台支撑 滑动 ,滚动 ,静压 进给机构选择下列之一 ,并添入相应数据 进给丝杠:(直径,节距,轴长)齿轮 -齿条:小齿轮直径(小齿轮一转机床的移动距离: mm 其它机床规格 电机轴一转机床移动量 mm 总的减速比 惯量 (减速前即加到电机轴的) kgfcmsec NC的最小输入单位(分辨率) 最高快速运动速度 mmmi 快速运动时电机转数rpm 快速运动时的加 减速时间 msec 快速定位距离 mm 快速定位的频率 次数 min 在备注栏中添入运行周期(速度图) 负载力矩 不切削最低速度时 kgfcm 快速运动时 kgfcm 反向间隙 mm 分离型检测器(※※) 分离型位置检测器的类型(检测单位,脉冲数,等) 用回转型编码器时齿轮直径,减速比 电机规格 电机型号(尺寸和功率) 反馈型式(绝对位置编码器时) 选择项(制动器,非标准轴等) FANUC添入的数据 指令倍乘比 CMR 检测倍乘比 DMR 柔性变速比 FFG 位置回路增益 sec -1 减速停止距离 mm 动态制动停止距离 mm 放大器规格 再生放电单元规格 变压器规格 下列情况要用分离型编码器:电机和丝杠的机械位置分开时。备注 版本 日期 姓名 FANUC LTD 19

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