在數(shù)控機(jī)床設(shè)計中伺服電機(jī)的選取方法-

1、 M ac hine B uildingA uto mation,A ug 2008,37(4:5758作者簡介:周志紅(1978,男,碩士研究生,湖南岳陽人,主要研究方向為機(jī)械設(shè)計制造及自動化。在數(shù)控機(jī)床設(shè)計中伺服電機(jī)的選取方法周志紅,文懷興(陜西科技大學(xué),陜西西安710021摘要:國內(nèi)部分中小型機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)在伺服電機(jī)選取問題上通常采用經(jīng)驗法與類比法,而無理論計算支持。根據(jù)這一情況,結(jié)合一特定模型來說明數(shù)控機(jī)床設(shè)計中伺服電機(jī)的選取問題,在一定程度上,提高了機(jī)床設(shè)計的成功率。關(guān)鍵詞:伺服電機(jī);轉(zhuǎn)動慣量;轉(zhuǎn)矩中圖分類號:T M383.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:167125276(2008042

2、0057202Selecti ve M ethod of Servo M otor i n D esi gn of NC M ach i n e ToolZ HOU Zhi 2hong,W E N Huai 2xing(Shaa nxiU n i ve rsity o f Sc i e nce &Techno l o gy,Xi a n 710021,C h i na Abstract:Som e dom e s ti c m a ch i ne t oo l p r oduce rs o ften choo se the se rvo m o t o r acco rdi ng t

3、o the ir e xpe ri ence s &ana l o gy w ith ou tthe suppo rt o f theo re ti ca l ca l cu l a ti o n.To so l ve th is p r ob l em ,the p ape r i ntr o duce s how t o choo se the se rvo m o t o r i n the de s i gn o f NC m a ch i ne t oo l ba se d on a sp ec i a l ki nd o f m o de l .The m e thod r

4、e dounds t o enhance the succe s s p r o bab ility o f de s i gn i ng NC m a chi ne t o a ce rta i n exte n t .Key words:se rvo m o t o r;r o t o r i ne rti a;t o rque0引言隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,帶動了國內(nèi)市場對機(jī)床工具的需求,刺激了我國機(jī)床工具市場的發(fā)展1。國內(nèi)涌現(xiàn)一批機(jī)床生產(chǎn)企業(yè),這其中有一大部分為中小型企業(yè),他們在伺服電機(jī)選取上通常采用經(jīng)驗法與類比法,不涉及理論的計算校核,從而使產(chǎn)品設(shè)計成功率大打折扣,影響了新品的上市時間。本

5、文以安川伺服電機(jī)為例,結(jié)合一特定結(jié)構(gòu)模型來分析在數(shù)控機(jī)床設(shè)計中伺服電機(jī)的選取問題。1結(jié)構(gòu)模型參數(shù)的建立先設(shè)定一機(jī)械結(jié)構(gòu)模型:滾珠絲杠通過軸承與前后支持座裝配固定,伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器實現(xiàn)與滾珠絲杠直聯(lián),直線運動部件有工作臺和工件,具體結(jié)構(gòu)和運動情形見圖1和圖2所示。結(jié)構(gòu)模型參數(shù):負(fù)載速度:V l =10m /m in;直線運動部分(工作臺與工件質(zhì)量:M =200kg;滾珠絲杠的有效長度:L B =018m;滾珠絲杠的的直徑:D B =01025m;滾珠絲杠導(dǎo)程:P B =01005m;聯(lián)軸器質(zhì)量:M C =015kg;聯(lián)軸器的外徑:D C =0108m;定位頻率:n =30次/m in;定位長度

6、:l =012m;定位時間:t m =114s;摩擦系數(shù):=011;機(jī)械傳動效率:=019。根據(jù)速度線圖知:循環(huán)時間t =60n =6030=2s 。此例中設(shè)定:加速度時間與減速時間相同,即t a =t d ;圖1 結(jié)構(gòu)模型圖2速度線圖在伺服系統(tǒng)中,濾波器設(shè)定(FI L =0中整定時間約為t s=011s 。由此可推算出:75 htt p:ZZHD.chinaj ournal .net .cn E 2mail:ZZHDchainaj ournal .net .cn 機(jī)械制造與自動化加速時間:t a =t d =t m -t s -60×l V l=114-011-60×01

7、210=011s;恒速時間:t c =t m -t s -t a -t d =114-011-011-011=111s 。2計算步驟22.1轉(zhuǎn)速的計算通過上述結(jié)構(gòu)模型參數(shù),我們可計算出滾珠絲杠轉(zhuǎn)速(N l 與電機(jī)軸轉(zhuǎn)速(N M 。滾珠絲杠轉(zhuǎn)速:N l =V 1P B=1001005=2000r/m in 。因采用聯(lián)軸器與滾珠絲杠直聯(lián)的方式,則電機(jī)軸轉(zhuǎn)速N M=N l 。2.2滾珠絲杠換算轉(zhuǎn)矩(T L T L =918M P B 2=011×918×200×010052×01901173N m2.3電機(jī)軸換算轉(zhuǎn)動慣量(J M 的計算在此模型中,電機(jī)軸換算轉(zhuǎn)

8、動慣量包含兩部分:直線運動部件將其慣量折算成旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)動慣量與滾珠絲杠、聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量:滾珠絲杠:J B =32L B D 4B =32×718×103×018×(01025401239×10-3kg m2聯(lián)軸器:J C =M c D 2c 8=0.5×010828014×10-3kg m2直線運動的物體將其慣量折算成旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)動慣量:J L =MP B22=200×010052201127×10-3kg m 2。電機(jī)軸換算轉(zhuǎn)動慣量:J M =J B +J C +J L =01239×10

9、-3+014×10-3+01127×10-3=01766×10-3kg m 2。2.4負(fù)載運行功率的計算從模型的運動速度線圖可以看出,負(fù)載運行功率在該模型中分負(fù)載恒速運行功率與負(fù)載加減速運行功率。負(fù)載恒速運行功率:P 0=2N M T L 60=2×2000×01173603612W負(fù)載加減速運行功率:P a =2N M 602J M t a =2×2000602×01766×10-301133517W2.5伺服電機(jī)的初步選型選型的條件:a T L 電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩;b P O +P a =(12×電機(jī)額定輸

10、出;c N M 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速;d J M 伺服單元的容許負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量。綜合上述,所選的伺服電機(jī)及伺服單元要同時滿足以上四個條件:由此從安川樣本上初步選取伺服電機(jī)及伺服單元:伺服電機(jī)為SJ ME 208AMA4,伺服單元為S JDE 208AP A 。其技術(shù)規(guī)格如下:額定輸出:750W ;額定轉(zhuǎn)速:3000r/m in;最高轉(zhuǎn)速:5000r/m in;額定轉(zhuǎn)矩:2139N m;瞬間最大轉(zhuǎn)矩:7116N m;電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量:115×10-4kg m 2;伺服單元容許負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量:10×10-4kg m 2。2.6對初步選型的伺服電機(jī)的核算對初步選型的伺服電機(jī)的核算主要從以下三個

11、方面進(jìn)行3:a 所需啟動轉(zhuǎn)矩(T P 的校核:T P =2N M (J M +J 60t a+T L 11917+01173=2109N m 7116N m =瞬間最大轉(zhuǎn)矩J 為電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量b 所需制動轉(zhuǎn)矩(T S 的校核:T S =2N M (J M +J 60t a-T L 11917-01173=11744N m 7116N m =瞬間最大轉(zhuǎn)矩c 轉(zhuǎn)矩有效值(Tr m s 的校核:Tr m s =T 2p t a +T 2L t c +T 2s t dt01743N m 2139N m =額定轉(zhuǎn)矩經(jīng)以上三方面的校核,可知所選取的伺服電機(jī)、伺服單元滿足使用要求。3結(jié)語通過上述理論計算校核,我們在設(shè)計過程中能選擇最合適的產(chǎn)品,避免了因經(jīng)驗方法及類比法造成整臺機(jī)器設(shè)計不足的情況:伺服電機(jī)、伺服單元