伺服電機選型應用實例

1、 伺服電機選型實例1.選擇電機時的計算條件本節(jié)敘述水平運動伺服軸（見下圖）的電機選擇步驟。 # # # #例：工作臺和工件的機械規(guī)格W:運動部件（工作臺及工件）的重量（kgf）=1000kgf卩：滑動表面的摩擦系數=0.05n:驅動系統（包括滾珠絲杠）的效率=0.9fg:鑲條鎖緊力（kgf）=50kgfFc:由切削力引起的反推力（kgf）=100kgfFcf:由切削力矩引起的滑動表面上工作臺受到的力（kgf）=30kgfZ1/Z2:變速比=1/1例：進給絲杠的（滾珠絲杠）的規(guī)格Db:軸徑=32mmLb:軸長=1000mmP:節(jié)距=8mm # #例：電機軸的運行規(guī)格Ta:加速力矩（kgf.cm）

2、Vm:快速移動時的電機速度（mm-1）=3000mm-1ta:加速時間（s）=0.10sJm:電機的慣量（kgf.cm.sec2）JI:負載慣量（kgf.cm.seC2）ks:伺服的位置回路增益（sec-1）=30sec-1 # #1.1負載力矩和慣量的計算計算負載力矩加到電機軸上的負載力矩通常由下式算出: # FXLTm=2nn+TfTm:加到電機軸上的負載力矩（Nm）F:沿坐標軸移動一個部件（工作臺或刀架）所需的力（kgf）L:電機轉一轉機床的移動距離=PX（Z1/Z2）=8mmTf:滾珠絲杠螺母或軸承加到電機軸上的摩擦力矩=2Nm無論是否在切削，是垂直軸還是水平軸，F值取決于工作臺的重量

3、,摩擦系數。若坐標軸是垂直軸，F值還與平衡錘有關。對于水平工作臺，F值可按下列公式計算：不切削時：F=u(W+fg)例如：F=0.05X(1000+50)=52.5(kgf)Tm=(52.5X0.8)/(2XuX0.9)+2=9.4(kgf.cm)=0.9(Nm)切削時：F=Fc+卩(W+fg+Fcf)例如：F=100+0.05X(1000+50+30)=154(kgf)Tmc=(154X0.8)/(2XyX0.9)+2=21.8(kgf.cm)=2.1(Nm)為了滿足條件1,應根據數據單選擇電機，其負載力矩在不切削時應大于0.9(Nm)，最高轉速應高于3000(min-1)?？紤]到加/減速,

4、可選擇a2/3000(其靜止時的額定轉矩為2.0Nm)。注計算力矩時，要注意以下幾點：?？紤]由鑲條鎖緊力(fg)引起的摩擦力矩根據運動部件的重量和摩擦系數計算的力矩通常相當小。鑲條鎖緊力和滑動表面的質量對力矩有很大影響。滾珠絲杠的軸承和螺母的預加負荷，絲杠的預應力及其它一些因素有可能使得滾動接觸的Fc相當大。小型和輕型機床其摩擦力矩會大大影響電機的承受的力矩?？紤]由切削力引起的滑動表面摩擦力(Fcf)的增加。切削力和驅動力通常并不作用在一個公共點上如下圖所示。當切削力很大時，造成的力矩會增加滑動表面的負載。當計算切削時的力矩時要考慮由負載引起的摩擦力矩。 # #1IJFiFFiCultirig

5、forceTcXa）,則按下述步驟計算負荷時間比（tn）。Tmc可以在整個切削周期內加到電機上。（假設a為0.9，考慮機床運行條件計算負荷百分比。）TmcVTcXa可用最大切削力矩連續(xù)運行（用最大切削力矩運行的周期負荷百分比是100%）。TmcTcXa根據下圖和公式計算周期負荷的百分比。例如：如1.1的計算結果：Tmc=21.8kgf.cm=2.1NmOS:Tc=30kgf.cm=2.9Nm2.9X0.9=2.6Nm2.1Nm=Tmc連續(xù)切削不會有問題。計算最大切削力矩的周期負荷百分比lurquelowlOFFTimenaxirmrriculliigtorue(TnuIsappliedTime

6、iomaximsexitingtorqueIme冷appliMaxirnrrlinftofasinglecuttingcycle用1.3所述的方法計算一個切削周期內力矩的均方根值，指定時間ton和toff，以使均方根值不要超過靜止額定力矩Tc與熱效率a的乘積：貝y最大切削力矩的周期負荷百分比計算如下：最大切削力矩的（Tmc）周期負荷百分比=tT%例如：假設Tmc=4.0Nm；Tm=0.9NmV2.6Nm因此ton+toftonV1toff1.6厶.02?！?.92*%即，非切削時間與切削時間的百分比為1.6,或更大一些。周期負荷的百分比為:onX100=38.5%off所以，a3/3000電機

7、滿足上述選擇條件15。3電機的選擇根據加于電動機上的負載，快速運動速度，系統的分辨率等條件選擇電機。本節(jié)后面的“伺服電機的選擇數據表”可以幫助正確地選擇。將機床的數據添在表的1-3組中，寄到我公司的代表處，他們將負責填寫表中4-8組的電機數據，并將表寄回。表中數據在3.1和3.2中詳細解釋。3.1非數據組機床類型添入機床的型式，如：車床，銑床，加工中心等。機床型號機床廠確定的型號。CNC裝置使用的CNC系統，如：0MC,15T,16M等。主軸電機的功率該組用于檢查伺服電機的輸出功率。軸的名稱CNC指令使用的軸。若超過4個軸，添在第2張表上。版本號，日期，名字等由FANUC填寫。3.2數據機床廠

8、需填寫1，2，3組數據，其后的數據如果能夠確定也可以添入。如果確定不了，可由FANUC代表填寫。各項的詳細內容如下所述。No.1組此組數據用于確定電機負載（慣量，力矩等）的近似值。該組的全部數據都要添。軸的運動方向即運動部件如：工作臺，刀架等的移動方向。若軸為斜向移動，要添入與水平方向的角度（如60。）。為了計算再生放電能量，無論是水平方向還是垂直方向都必須指明。驅動部件的重量添入運動部件如工作臺，刀架（包括工件，卡具等但不要包含下一組中的平衡錘）等的最大重量。平衡錘垂直軸若有平衡錘請?zhí)砣肫渲亓?，若用液壓平衡請?zhí)砣肫胶饬?。工作臺支撐添入工作臺滑板的類型，如：滾動，滑動或是靜壓。若有其它形式的滑

9、動導軌材料，請說明。進給絲杠傳動比按次添入絲杠的直徑，節(jié)距，長度。添入滾珠絲杠與進給電機之間的傳動比，齒輪齒條時小齒輪與進給電機間的傳動比，回轉工作臺的轉臺與電機間的傳動比。No.2組這組是選擇電機的基本數據。其中某些數據的計算方法請見4.1和4.2。電機每轉的工作臺的移動量添入電機轉一轉時機床的實際移動量。例如：當滾珠絲杠的螺距為12mm,變速比為2/3時，每轉的移動量為12X2/3=8mm若用于轉臺，變速比為1/72時，每轉的移動量是360X1/72=5deg。CNC的最小輸入單位快速移動速度和進給速度慣量添入NC指令的最小輸入單位值。0,15,16,18系統為0.001mm。添入機床實際

10、要求的快速移動速度和坐標進給速度。添入折算到電機軸上的全部負載慣量值。計算方法見1.1。慣量值不必很準確，添入2位或1位數即可。例如，0.2865可添入0.29或0.3。注意該值不要包括毒劑本身的慣量值。負載力矩由于在電機停止時也可能有非切削力矩，所以在考慮電機的連續(xù)力矩時應留有一定余量。負載力矩要小于電機額定力矩的70%?？焖龠\動的力矩要添入快速移動穩(wěn)態(tài)時的力矩。要確保該值要小于電機的連續(xù)額定力矩。該項數據不要包括加/減速所需力矩。進給時的切削力，要添入切削時進給方向的最大切削力。對于最大切削力矩，要添入上述加于電機軸的最大切削力的力矩值。由于切削力產生的反作用力將大大影響力矩的傳送效率，所

11、以要想得到精確地最大切削力矩，必須考慮其它數據或在機床上測量。在垂直軸方向，右上升或下降的負載力矩值不一樣，就應添入兩個值。最大負荷（加工）時間/ON時間在“負載力矩”項中添入最大切削力矩的負荷比和ON時間。各值的意義如下圖。lufqufe #DN:limetl-Kilrnaxirn.rikcuttingtorqueisa卩nli己dDi-:imewhencut:intorqueisOtappliedDuty:ONli-ne-t(min) # 快速移動定位的頻率No.3組添入每分鐘快速定位的次數。該值用來檢查加/減速時電機是否會發(fā)熱及放大器的放電能量。這組數據用于檢查位置編碼器裝在電機外部時伺

12、服系統的穩(wěn)定性。當系統用直線光柵尺和分離型編碼器時不要忘記添入這些數據。分離型檢測器若位置編碼器裝在電機外面，添入檢測器的名稱。若1使用回轉式檢測器，在“標注（Remark）”欄中添入下列各項。旋轉變壓器旋變轉一轉時機床的移動量。旋變轉一轉時的波長數。脈沖編碼器脈沖轉一轉時機床的移動量。脈沖編碼器的脈沖數。機床進給系統的剛性該項添入力矩加于電機軸且最終的驅動部件（如工作臺）鎖住時的力矩與移動量之間的關系值，的即1弧度角位移所用的力矩值。例如：力矩500kgf.cm時位移5deg的計算結果如下：剛性=500/5X180/n=5730kgf.cm/rad若位移與力矩的關系是非線形的，可用原點附近的

13、梯度計算。反向間隙No.4電機的型號選擇項，特殊規(guī)格反饋（FB）型式No.5快速移動時加/減速時間添入變換到工作臺移動量的電機與最后驅動部件間（如工作臺）的間隙。電機的規(guī)格。添入電機的名稱，內裝反饋單元的規(guī)格。添入特殊規(guī)格要求，如果有的話。該組參數是指令的加/減速時間。并非定位的實際執(zhí)行時間。加/減速時間根據負載慣量，負載力矩，電機的輸出力矩和加工速度決定。詳細地計算見1.2和1.3。FANUC的CNC快速運動時為線性加/減速。Time-切削進給時的加/減速通常，切削進給時用指數函數加/減速。這組數據添入時間常數。No.6輸入倍乘比，指令倍乘比，柔性變速比該組數據要求添入以最小輸入單位移機床時

14、的NC所需的設定值。這些值的關系如下圖示。上圖中，各比值必須設定，以保證誤差寄存器的兩個輸入a和b要相等脈沖編碼器用柔變速比。所以，CMR通常設1。若不設1,請與FANUC商量。柔性變速比（F.FG）要設定電機軸轉一轉時所要脈沖數與反饋脈沖數的比值算法如下：FFG=電機軸轉一轉要求的進脈沖數1,000,000注計算時，a脈沖編碼器的反饋脈沖數是1,000,000。分子和分母的最大允許值是32767。分數要約為真分數。例如：NC的脈沖當量為1Um，電機一轉機床的移動距為8mm,使用A64脈沖編碼器。則F.FG=8,0001000,000,0001125CMR=1 # #半閉環(huán)且1um檢測單位F.

15、FG的設定如下:電機一轉機床的位移量(mm/rev)所須的位置脈沖數(脈沖數/轉)F.FG10100001/10020200002/10或1/5030300003/100位置回路增益該組參數根據慣量添入經驗值。由于機床的剛性，阻尼和其它因素的影響，這些參數并非總是可用的，通常是按實際機床確定。若位置編碼器裝在電機的外面，這些值受機床的剛性，反向間隙摩擦力矩影響。這些值必須填寫。減速停止的距離在行程的終端，要考慮機床減速停止的距離，將其添入本組數據。Vm # #Vm:快速運動速度，mm/min或deg/min。：由接收器的動作延時造成的運動距離:減速時間t2造成運動距離。：伺服的偏差量。t1：通

16、常為0.02秒。移動距離=VmX(t1+60t22ks kS：位置回路增益(sec-1)動態(tài)制動的停止距離該距離是當故障時，切斷機床電源動態(tài)制動停止造成移動距離。tl,2VnVm：RapidtraversersiH.mm/secortteg/sachz畠iU臺“詫du乜ttitimmI*出廣色亡占I22GossirgdstanceuljhtogdstcinefibydyriErnicbraKriyaftern；3gniiliccontactorh出占beenoperstHc:Qi112)isusualIyabout0.0&geconds.Vm:快速移動速率，mm/min或deg/min:由于接

17、收器的延時t1造成的移動距離:由于磁接觸器的斷開延時t2組成的移動距離:磁接觸器動作后動制動造成的移動距離（t1+t2）通常大約為0.05秒移動距離（mm或deg）=VmX（t1+t2）+（Jm+J1）X（Ano+Bno3）XL60Jm:電機的慣量（kg.cm.s2）J:負載慣量（kg.cm.s2）No:電機快速移動速度（rpm）L:電機一轉機移動量（mm或deg）NoL=VmA和B是常數，隨電機而變各種電機的值見下面“動態(tài)制動停止距離計算的系數”No.8組放大器的型式變壓器放大器規(guī)格伺服放大器的規(guī)格。指定AC。添入變壓器的規(guī)格。添入放大器模塊的規(guī)格。計算動態(tài)制動停止距離的系數ModelABJ

18、m(kgfcni.s2aseriesr;1/3COO4.4X10-2ivxlM().0031ISxH-2$.6x11-9().0056c2/3C001.5x10-2$.5x10-90.0061O3/3C003.1x1(r333XH-00.0*4cfl/COO1.1x10-22JX10-90.027O6/3C0024x1廠21.0X11-90.027Z.OxlQ-33,ox10-90.064120001.4x10-21.5x10-90.064o22/1SOO3.Sx1Q-a1.3X10-3.J222000S.1X10-3a.ix10-10/2(122/30007.3XH-36BX1Q-10C/2

19、3Q/120O1.BX10-31.3x10-9Zla3Q/2t001.Sx10-3txlO-9CUf30/3ft004.3x10-349x1fl-10Z/4nooo1.8x1053x10-100.231.7X10-34.2IO-10).10a100Z20001.3x102.4x10-10C.27(115020001.0 x1(H1.7x1Q-i0Cl：殍aWIceM購z.xnr2/.8xU-9().0030r/M25VMOflZ.OxlQ-34出x10-30.0053CjeMa/30004.4x10-237xTh0.008M&30001.3x10-21.5xIO-90.0*4M加JOO1.2x

20、10-24.HX10-100.026nM22/3D006,2xIO-3&.HXIQ-100.059nM3W3D0031)x1H*32x10-100.11(iLseries(1LA/3GOOy./xio-2O.OOWL9/30002.4x10-29.7x10-100.010qL25/30Q063xUH9.1x1O-100.Q55HL50Z20003.0 x10762x10-10C.10aCscriesC3/20001.3Xlp-s0.0*4oCG/20002.9x1Q-38.2X1CF-90.027aC1220001.Bx10-31.3X1O-00.064aC2220D03招x10-31.3x1

21、0-9C/2 ModelABJm(kgfcrns2)aHV3.4x1-0-23.0 x10-s0.041.3xnr3i.5xia-s0.057iaaoonv14x1-0-2i.bxia-a0.0C42maot)HVA8x10-3s.xitr100.124.3x1H5.0 xT0/aM(HV)aM0/3O(KHV1.4x1廠i.9xia-s0.04cWig/aosoHV1.1X1-0-352x10-100.02BczM22/MOORV8尼x103a.ixitrJ0.059aM30/3000HV6.BxH-36.4x10-聘0.11計算A和B時，假設電源線每相的電阻為0.05Q。由于電阻的變化，表

22、中的數值會稍有不同。系數值還隨伺服放大器改變。這些系數將引起機床停止距離的變化。MTB選擇AC伺服電機的數據表機床類別型號NC,主軸電機NC：FANUC()主軸電機KWNo一軸項目f1軸移動方向（水平，垂直）運動部件的重量（包括工件等）kgf平衡錘的重量kgf工作臺支撐（滑動，滾動，靜壓）進給絲杠直徑節(jié)距軸長總變速比2電機軸一轉機床移動量mmNC的最小移動單位mm快速運動速度mm/min切削速度mm/min慣量kgf.cm.sec2負載力矩不切削最低速度時kgf.cm快速運動時kgf.cm切削力kg最大切削力矩kgf.cm最重切削負荷比/ON時間%/min快速定位的頻率次數/min3分離型位置編碼器機床進給系統的剛性kgf.cm/rad反向間隙mm4電機型號反饋型式快速運動轉數rpm選項/特殊規(guī)格要求5