伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)絲杠導(dǎo)軌的計(jì)算選擇

1、伺服電機(jī)的選擇伺服電機(jī)：伺服主要靠 脈沖來(lái)定位，伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移；可以將 電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn) 動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器， 驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較， 調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線(xiàn)數(shù)）。閉環(huán)半閉環(huán)：格蘭達(dá)的設(shè)備用伺服電機(jī)都是半閉環(huán)，只是編碼器發(fā)出多少個(gè)脈沖，無(wú)法進(jìn)行反饋值和目標(biāo)值的比較；如是閉環(huán)則使用光柵尺進(jìn)行反饋。開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)：則沒(méi)有記憶發(fā)出多少個(gè)脈沖。伺服：速度控制、位置控制、力矩

2、控制增量式伺服電機(jī)：是沒(méi)有記憶功能，下次開(kāi)始是從零開(kāi)始；絕對(duì)值伺服電機(jī)：具有記憶功能，下次開(kāi)始是從上次停止位置開(kāi)始。伺服電機(jī)額定速度3000rpm，最大速度5000rpm;加速度一般設(shè)0.050.5s計(jì)算內(nèi)容：1.負(fù)載（有效）轉(zhuǎn)矩T伺服電機(jī)T的額定轉(zhuǎn)矩2.負(fù)載慣量J/伺服電機(jī)慣量J10（5倍以下為好）3.加、減速期間伺服電機(jī)要求的轉(zhuǎn)矩伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩4.最大轉(zhuǎn)速電機(jī)額定轉(zhuǎn)速伺服電機(jī)：編碼器 分辨率2500puls/圈；則控制器發(fā)出2500個(gè)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈。1.確定機(jī)構(gòu)部。另確定各種機(jī)構(gòu)零件（絲杠的長(zhǎng)度、導(dǎo)程和帶輪直徑等）細(xì)節(jié)。典型機(jī)構(gòu)：滾珠絲杠機(jī)構(gòu)、皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)等2.確定運(yùn)轉(zhuǎn)

3、模式。（加減速時(shí)間、勻速時(shí)間、停止時(shí)間、循環(huán)時(shí)間、移動(dòng)距離）運(yùn)轉(zhuǎn)模式對(duì)電機(jī)的容量選擇影響很大，加減速時(shí)間、停止時(shí)間盡量取大，就可以選擇小容量電機(jī)3.計(jì)算負(fù)載慣量J和慣量比（xkg.）。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式計(jì)算慣量比。負(fù)載慣量J/伺服電機(jī)慣量J10單 位（xkg.）計(jì)算負(fù)載慣量后預(yù)選電機(jī)，計(jì)算慣量比4.計(jì)算轉(zhuǎn)速N【r/min】。根據(jù)移動(dòng)距離、加速時(shí)間ta、減速時(shí)間td、勻速時(shí)間tb計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。計(jì)算最高速度VmaxxtaxVmax+tbxVmax+xtdxVmaX移動(dòng)距離則得Vmax=0.334m/s（假設(shè)）則最高轉(zhuǎn)速：要轉(zhuǎn)換成N【r/min】，1）絲桿轉(zhuǎn)1圈的導(dǎo)程為Ph=0.02m（假設(shè)）最高轉(zhuǎn)速Vm

4、ax=0.334m/s （假設(shè)N=Vmax/Ph=0.334/0.02=16.7（r/s）=16.7x60=1002（r/min）3000（電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）2）帶輪轉(zhuǎn)1全周長(zhǎng)=0.157m（假設(shè)）最高轉(zhuǎn)速Vmax=1.111（ m/s）N=Vmax/Ph=1.111/0.157=7.08（r/s）=7.08x60=428.8（r/min）3000（電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）5.計(jì)算轉(zhuǎn)矩T【N.mlo根據(jù)負(fù)載慣量、加減速時(shí)間、勻速時(shí)間計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)矩。計(jì)算移動(dòng)轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩、減速轉(zhuǎn)矩確認(rèn)最大轉(zhuǎn)矩：加減速時(shí)轉(zhuǎn)矩最大電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩確認(rèn)有效轉(zhuǎn)矩：有效（負(fù)載）轉(zhuǎn)矩電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩6.選擇電機(jī)。選擇能滿(mǎn)足35項(xiàng)條件的電機(jī)。1.轉(zhuǎn)

5、矩N.m:1）峰值轉(zhuǎn)矩：運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中（主要是加減速）電機(jī)所需要的最大轉(zhuǎn)矩；為電機(jī) 最大轉(zhuǎn) 矩的80%以下。2） 移動(dòng)轉(zhuǎn)矩、停止時(shí)的保持轉(zhuǎn)矩：電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行所需轉(zhuǎn)矩；為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的80%以下。3） 有效轉(zhuǎn)矩：運(yùn)轉(zhuǎn)、停止全過(guò)程所需轉(zhuǎn)矩的平方平均值的單位時(shí)間數(shù)值；為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的80%以下。Ta：加速轉(zhuǎn)矩ta:加速時(shí)間Tf:移動(dòng)轉(zhuǎn)矩tb:勻速時(shí)間Td:減速轉(zhuǎn)矩td:減速時(shí)間tc:循環(huán)時(shí)間2.轉(zhuǎn)速：最高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速：大致為額定轉(zhuǎn)速以下；（最高轉(zhuǎn)速時(shí)需要注意轉(zhuǎn)矩和溫度的上升）3.慣量：保持某種狀態(tài)所需要的力步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)：是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。可以通過(guò)控

6、制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制 脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度 和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。1步進(jìn)電機(jī)的最大速度6001200rpm加速度一般設(shè)0.1s1s1.確定驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)2.確定運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)3.計(jì)算負(fù)荷轉(zhuǎn)矩4.計(jì)算負(fù)荷慣量5.計(jì)算啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩6.計(jì)算必須轉(zhuǎn) 矩7.電機(jī)選型8.選型電機(jī)驗(yàn)算9.選型完成選定電機(jī)：1.負(fù)載慣量J/伺服電機(jī)慣量J負(fù)載轉(zhuǎn)矩T3.在最大脈沖速度f(wàn)0時(shí)，離開(kāi)轉(zhuǎn)矩（是不是必須轉(zhuǎn)矩）負(fù)載轉(zhuǎn)矩T步進(jìn)選型計(jì)算見(jiàn)（KINCO步進(jìn)選型中12頁(yè)的例題）伺服選型計(jì)算見(jiàn)（松下伺服選型計(jì)算伺服電機(jī)選型方法）1千克 米（kgm）=9.8牛頓 米（N m）。脈沖當(dāng)

7、量（即運(yùn)動(dòng)精度）&=0.05（0.05為重復(fù)定位精度）200為兩相步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)m為細(xì)分?jǐn)?shù)200=360/1.8i減速比1/xC電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的周長(zhǎng)無(wú)減速比電機(jī)轉(zhuǎn)一圈絲杠走一個(gè)導(dǎo)程電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/s）V=P為脈沖頻率例：已知齒輪減速器的傳動(dòng)比為1/16，步進(jìn)電機(jī)步距角為1.5細(xì)分?jǐn)?shù)為4細(xì)分，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為4mm。問(wèn)：脈沖當(dāng)量是多少？ 脈沖當(dāng)量是每一個(gè)脈沖滾珠絲杠移動(dòng)的距離滾珠絲杠導(dǎo)程為4mm，滾珠絲杠每轉(zhuǎn)360滾珠絲杠移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程也就是4mm那么每一度移動(dòng)（4/360）mm電機(jī)4細(xì)分，步距角為1.5則每一個(gè)脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)1.5/4那么一個(gè)脈沖，通過(guò)減速比，則絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)（1.5/4）

8、*（1/16）度那么每個(gè)脈沖滾珠絲杠移動(dòng)距離（及脈沖當(dāng)量）&:&=（1.5/4）*（1/16）*（4/360）=0.0003mm或者&=60*1000*v/（N/A）1.Ph:絲桿導(dǎo)程mm2.V預(yù)定的最高進(jìn)給速度m/s3.N:馬達(dá)使用轉(zhuǎn)速rpm4.A:減速比3.直徑。（負(fù)載確定直徑）動(dòng)載荷、靜載荷；計(jì)算推力，一般只看動(dòng)載荷軸向負(fù)荷的計(jì)算：u摩擦系數(shù)；a=Vmax/t加速度；t加減速時(shí)間；水平時(shí)：加速時(shí)承受最大軸向載荷，減速時(shí)承受最小載荷；垂直時(shí)：上升時(shí)承受最大軸向載荷，下降時(shí)承受最小載荷；1.加速時(shí) （上升）N：Fmax=u*m*g+f-m*a2.減速時(shí) （下降）N：F

9、min=u*m*g+f-m*a3.勻速時(shí)N：F勻=u*m*g+fu因螺桿軸直徑越細(xì)，螺桿軸的容許軸向負(fù)荷越小4.長(zhǎng)度。（總長(zhǎng)=工作行程+螺母長(zhǎng)度+安全余量+安裝長(zhǎng)度+連接長(zhǎng)度+余量）。如果增加了防護(hù)，比如護(hù)套，需要把護(hù)套的伸縮比值（一般是1：8,即護(hù)套的最大伸長(zhǎng)量除以8）考慮進(jìn)去。5.支撐方式。固定-固定固定-支撐支撐-支撐固定-自由6.螺母的選擇：7.許用轉(zhuǎn)速計(jì)算：螺桿軸直徑20mm導(dǎo)程Ph=20m最高速度Vma治1m/s則：最高轉(zhuǎn)速Nmax=Vmax*60*/P許用轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速）N仁r*（d1/）*r安裝方式?jīng)Q定的系數(shù)；d1=杠軸溝槽谷徑；l=安裝間距所以有：最高轉(zhuǎn)速許用轉(zhuǎn)速8.剛度的選

10、擇9.選擇馬達(dá)*驗(yàn)證：剛度驗(yàn)證、精度等級(jí)的驗(yàn)證、壽命選擇、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的選擇*滾珠絲杠副預(yù)緊：1.方式：雙螺母墊片預(yù)緊、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊、單螺母增大滾珠直徑預(yù)緊；2.目的：消除滾珠絲杠副的軸向間隙、增大滾珠絲杠副的剛性、*DNS：D:滾珠絲杠副的公稱(chēng)直徑，也為滾珠中心處的直徑（mm；N:滾珠絲杠副的極限轉(zhuǎn)速（rpm）*導(dǎo)程精度、定位精度、重復(fù)定位精度導(dǎo)程精度：1.有效行程Lu內(nèi)的平均行程偏差e（um），ep=2*（Lu/300）*V300=C2.任意300mr行程內(nèi)行程變動(dòng)量V300（um），V300=定位精度：1）.導(dǎo)程精度2）.軸向間隙3）傳動(dòng)系統(tǒng)的軸向剛性4）熱變形5）絲杠的運(yùn)動(dòng)姿 勢(shì)重復(fù)

11、定位精度：預(yù)緊到負(fù)間隙的絲杠，重復(fù)定位精度趨于零；直線(xiàn)導(dǎo)軌的選擇1.直線(xiàn)導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)精度：1）運(yùn)動(dòng)精度：a：滑塊頂面中心對(duì)導(dǎo)軌基準(zhǔn)底面的平行度；b:與導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面同側(cè)的滑塊側(cè)面對(duì)導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面的平行度。2） 綜合精度：a：滑塊上頂面與導(dǎo)軌基準(zhǔn)底面高度H的極限偏差；b:同一平面上多個(gè)滑塊頂面 高度H勺變動(dòng)量；c:與導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面同側(cè)的滑塊側(cè)面對(duì)導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面間距離W的極限偏差；d:同一導(dǎo)軌上多個(gè)滑塊側(cè)面對(duì)導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面W的變動(dòng)量。3） 導(dǎo)軌上有超過(guò)兩個(gè)以上的導(dǎo)軌，只檢驗(yàn)首尾兩個(gè)滑塊，中間的不做W檢驗(yàn)，但中間的W應(yīng)小 于首尾的W12.選擇：1- -確定軌寬。軌寬指滑軌的寬度。軌寬是決定其負(fù)載大小的關(guān)鍵因素之

12、一2- -確定軌長(zhǎng)。這個(gè)長(zhǎng)度是軌的總長(zhǎng)，不是行程。全長(zhǎng)=有效行程+滑塊間距（2個(gè)以上滑塊）+滑塊長(zhǎng)度X滑塊 數(shù)量+兩端的安全行程，如果增加了防護(hù)罩，需要加上兩端防護(hù)罩的壓縮長(zhǎng)度。3- -確定滑塊類(lèi)型和數(shù)量。常用的滑塊是兩種：法蘭型，方形。前者高度低一點(diǎn)，但是寬一點(diǎn)，安裝孔是貫穿螺紋孔，后 者高一點(diǎn)，窄一點(diǎn)，安裝孔是螺紋盲孔。兩者均有短型、標(biāo)準(zhǔn)型和加長(zhǎng)型之分（有的品牌也稱(chēng) 為中負(fù)荷、重負(fù)荷和超重負(fù)荷），主要的區(qū)別是滑塊本體（金屬部分）長(zhǎng)度不同，當(dāng)然安裝孔 的孔間距也可能不同，多數(shù)短型滑塊只有2個(gè)安裝孔?；瑝K的數(shù)量應(yīng)由用戶(hù)通過(guò)計(jì)算確定， 在此 只推薦一條：少到可以承載，多到可以安裝?；瑝K類(lèi)型和數(shù)量

13、與滑軌寬度構(gòu)成負(fù)載大小的三要 素。4- -確定精度等級(jí)。任何廠家的產(chǎn)品都會(huì)標(biāo)注精度等級(jí)，有些廠家的標(biāo)注比較科學(xué)，一般采用該等級(jí)名稱(chēng)的第一個(gè) 字母，如普通級(jí)標(biāo)N,精密級(jí)標(biāo)P。5- -確定其他參數(shù)除上述4個(gè)主要參數(shù)外，還有一些參數(shù)需要確定，例如組合高度類(lèi)型、預(yù)壓等級(jí)等。預(yù)壓等級(jí)高的表示滑塊和滑軌之間的間隙小或?yàn)樨?fù)間隙， 預(yù)壓等級(jí)低的反之。感官區(qū)別就是等級(jí)高的滑 塊滑動(dòng)阻力大，等級(jí)低的阻力小。表示方法得看廠家選型樣本，等級(jí)數(shù)有3級(jí)的，也有5級(jí)的。 等級(jí)的選擇要看用戶(hù)的實(shí)際使用場(chǎng)合，大致的原則是滑軌規(guī)格大、負(fù)載大、有沖擊、 精度高的場(chǎng)合可以選預(yù)壓等級(jí)高一點(diǎn)的，反之選低一點(diǎn)。提示：1-預(yù)壓等級(jí)與質(zhì)量無(wú)關(guān)

14、，2預(yù)壓等級(jí)與滑軌使用精度成正比，與使用壽命成反比。尺寸鏈的基本術(shù)語(yǔ)1.尺寸鏈在機(jī)器裝配或零件加工過(guò)程中，由相互連接的尺寸形成封閉的尺寸組，稱(chēng)為尺寸鏈。間隙A0與其它尺寸連接成的封閉尺寸組，形成尺寸鏈。2.環(huán)一一列入尺寸鏈中的每一個(gè)尺寸稱(chēng)為環(huán)，A0、A1、A2、A3都是環(huán)。長(zhǎng)度環(huán)用大寫(xiě)斜體拉丁字母A, B, C表示；角度環(huán)用小寫(xiě)斜體希臘字母a，B等表示。3.圭寸閉環(huán) 尺寸鏈中在裝配過(guò)程或加工過(guò)程后自然形成的一環(huán)稱(chēng)為圭寸閉環(huán)。圭寸閉環(huán)的下角標(biāo)“0”表示。4.組成環(huán)一一尺寸鏈中對(duì)封閉環(huán)有影響的全部環(huán)， 稱(chēng)為組成環(huán)。組成環(huán)的下角標(biāo)用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。5.增環(huán)一一尺寸鏈中某一類(lèi)組成環(huán)，當(dāng)其他組成環(huán)的大小

15、不變，若封閉環(huán)隨著某組成環(huán)的增大而增大，則該組成環(huán)為增環(huán)。6.減環(huán)-尺寸鏈中某一類(lèi)組成環(huán)，當(dāng)其他組成環(huán)的大小不變，若圭寸閉環(huán)隨著某組成環(huán)的減小而減小,則該組成環(huán)為減環(huán)。7.補(bǔ)償環(huán)一一尺寸鏈中預(yù)先選定某一組成環(huán)，可以通過(guò)改變其大小或位置，使封閉環(huán)達(dá)到規(guī)定的要求，該組成環(huán)為補(bǔ)償環(huán)。封閉環(huán)：基本尺寸：A0=Ap1+Ap2-Aq3h偏差：ES0=ESp1+ESp2-Elq下偏差：EI0=Elp1+Elp2-ESq3 A0:圭寸閉環(huán)Ap1、Ap2:增環(huán)Aq3:減環(huán)封閉環(huán)基本尺寸=所有增環(huán)基本尺寸-所有減環(huán)基本尺寸；封閉環(huán)的上偏差=所有增環(huán)的上偏差一所有減環(huán)的下偏差； 封閉環(huán)的下偏差=所有增環(huán)的下偏差一所

16、有減環(huán)的上偏差。1退火：指金屬材料加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定的時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝（隨爐冷 卻）。常見(jiàn)的退火工藝有：再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火、球化退火、完全退火等。退火的 目的：主要是降低金屬材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或壓力加工，減少殘余應(yīng) 力，提高組織和成分的均勻化，或?yàn)楹蟮罒崽幚碜骱媒M織準(zhǔn)備等。2正火：指將鋼材或鋼件加熱到或（鋼的上臨界點(diǎn)溫度）以上，3050C保持適當(dāng)時(shí)間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。正火的目的：主要是提高低碳鋼的力學(xué)性能，改善切 削加工性，細(xì)化晶粒，消除組織缺陷，為后道熱處理作好組織準(zhǔn)備等。3淬火：指將鋼件加熱到Ac3或Ac1（鋼的下臨界點(diǎn)溫度）以

17、上某一溫度，保持一定的時(shí)間，然后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理工藝。常見(jiàn)的淬火工藝有 鹽浴淬火，馬氏體分級(jí)淬火，貝氏體等溫淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目的： 使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度，強(qiáng)度和耐磨性，為后道熱處理作好組 織準(zhǔn)備等。4回火：指鋼件經(jīng)淬硬后，再加熱到Ac1以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。常見(jiàn)的回火工藝有：低溫回火，中溫回火，高溫回火和多次回火等?；鼗鸬哪康模褐饕窍摷诖慊饡r(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力，使鋼件具有咼的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韌性等。5.調(diào)質(zhì)：指將鋼材或鋼件進(jìn)行淬火及咼溫回火的復(fù)合熱處理工藝。使用于調(diào)質(zhì)處理的鋼稱(chēng)調(diào)質(zhì)鋼。它一般是指中碳結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼。6 滲 碳 ： 滲 碳 是 指 使 碳 原 子 滲 入 到