伺服電機 步進(jìn)電機 絲杠 導(dǎo)軌的計算選擇

伺服電機的選擇伺服電機：伺服主要靠脈沖來定位，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)位移；可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/WM相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。閉環(huán)半閉環(huán)：格蘭達(dá)的設(shè)備用伺服電機都是半閉環(huán)，只是編碼器發(fā)出多少個脈沖，無法進(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。開環(huán)步進(jìn)電機：則沒有記憶發(fā)出多少個脈沖。伺服：速度控制、位置控制、力矩控制增量式伺服電機：是沒有記憶功能，下次開始是從零開始；絕對值伺服電機：具有記憶功能，下次開始是從上次停止位置開始。伺服電機額定速度3000rpm，最大速度5000rpm； 加速度一般設(shè)0.05~~0.5s計算內(nèi)容：負(fù)載（有效）轉(zhuǎn)矩T〈伺服電機T的額定轉(zhuǎn)矩負(fù)載慣量J/伺服電機慣量J<10（5倍以下為好）加、減速期間伺服電機要求的轉(zhuǎn)矩<伺服電機的最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)速〈電機額定轉(zhuǎn)速伺服電機：編碼器分辨率2500puls/圈；則控制器發(fā)出2500個脈沖，電機轉(zhuǎn)一圈。確定機構(gòu)部。 另確定各種機構(gòu)零件（絲杠的長度、導(dǎo)程和帶輪直徑等）細(xì)節(jié)。典型機構(gòu)：滾珠絲杠機構(gòu)、皮帶傳動機構(gòu)、齒輪齒條機構(gòu)等確定運轉(zhuǎn)模式。（加減速時間、勻速時間、停止時間、循環(huán)時間、移動距離）運轉(zhuǎn)模式對電機的容量選擇影響很大，加減速時間、停止時間盡量取大，就可以選擇小容量電機計算負(fù)載慣量J和慣量比（xkg.）。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式計算慣量比。負(fù)載慣量J/伺服電機慣量J<10單位（xkg.）計算負(fù)載慣量后預(yù)選電機，計算慣量比計算轉(zhuǎn)速N【r/min】。 根據(jù)移動距離、加速時間ta、減速時間td、勻速時間tb計算電機轉(zhuǎn)速。計算最高速度Vmax xtaxVmax+tbxVmax+xtdxVmax=移動距離則得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Vmax=0.334m/s（假設(shè)N=Vmax/Ph=0.334/0.02=16.7（r/s）=16.7x60=1002（r/min）<3000（電機額定轉(zhuǎn)速）2）帶輪轉(zhuǎn)1全周長=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（電機額定轉(zhuǎn)速）計算轉(zhuǎn)矩T【N.m】。 根據(jù)負(fù)載慣量、加減速時間、勻速時間計算電機轉(zhuǎn)矩。計算移動轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩、減速轉(zhuǎn)矩確認(rèn)最大轉(zhuǎn)矩：加減速時轉(zhuǎn)矩最大<電機最大轉(zhuǎn)矩確認(rèn)有效轉(zhuǎn)矩：有效（負(fù)載）轉(zhuǎn)矩<電機額定轉(zhuǎn)矩選擇電機。選擇能滿足3~5項條件的電機。轉(zhuǎn)矩[N.m]:1）峰值轉(zhuǎn)矩：運轉(zhuǎn)過程中（主要是加減速）電機所需要的最大轉(zhuǎn)矩；為電最大轉(zhuǎn)矩的80%以下。2） 移動轉(zhuǎn)矩、停止時的保持轉(zhuǎn)矩：電機長時間運行所需轉(zhuǎn)矩；為電機額定轉(zhuǎn)矩的80%以下。3） 有效轉(zhuǎn)矩：運轉(zhuǎn)、停止全過程所需轉(zhuǎn)矩的平方平均值的單位時間數(shù)值；為電機額定轉(zhuǎn)矩的80%以下。Ta：加速轉(zhuǎn)矩ta:加速時間Tf：移動轉(zhuǎn)矩tb:勻速時間Td：減速轉(zhuǎn)矩td:減速時間tc：循環(huán)時間轉(zhuǎn)速：最高轉(zhuǎn)速 運轉(zhuǎn)時電機的最高轉(zhuǎn)速：大致為額定轉(zhuǎn)速以下；（最高轉(zhuǎn)速時需要注意轉(zhuǎn)矩和溫度的上升）慣量：保持某種狀態(tài)所需要的力步進(jìn)電機步進(jìn)電機：是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機件。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。1.步進(jìn)電機的最大速度600~~~1200rpm 加速度一般設(shè)0.1s~~~1s確定驅(qū)動機械結(jié)構(gòu) 2.確定運動曲線 3.計算負(fù)荷轉(zhuǎn)矩 4.計算負(fù)荷慣量 5.計算啟動轉(zhuǎn)矩6.計算必須轉(zhuǎn)矩 7.電機選型 8.選型電機驗算 9.選型完成選定電機:負(fù)載慣量〃伺服電機慣量人10（5倍以下為好）在起動脈沖速度fl時，起動轉(zhuǎn)矩>負(fù)載轉(zhuǎn)矩丁在最大脈沖速度f0時，離開轉(zhuǎn)矩（是不是必須轉(zhuǎn)矩）>負(fù)載轉(zhuǎn)矩丁步進(jìn)選型計算見（KINCO步進(jìn)選型中12頁的例題）伺服選型計算見（松下伺服選型計算伺服電機選型方法）1千克米（kgm）=9.8牛頓米（Nm）。脈沖當(dāng)量（即運動精度）&=<0.05（0.05為重復(fù)定位精度）200為兩相步進(jìn)電機的脈沖數(shù) m為細(xì)分?jǐn)?shù) 200=360/1.8i減速比1/xC電機轉(zhuǎn)一圈的周長無減速比電機轉(zhuǎn)一圈絲杠走一個導(dǎo)程電機轉(zhuǎn)速（r/s）V= p為脈沖頻率例： 巳知齒輪減速器的傳動比為1/16，步進(jìn)電機步距角為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：脈沖當(dāng)量是多少？脈沖當(dāng)量是每一個脈沖滾珠絲杠移動的距離滾珠絲杠導(dǎo)程為4mm,滾珠絲杠每轉(zhuǎn)360°滾珠絲杠移動一個導(dǎo)程也就是4mm那么每一度移動（4/360）mm電機4細(xì)分，步距角為1.5°，則每一個脈沖，步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)1.5/4那么一個脈沖，通過減速比，則絲杠轉(zhuǎn)動（1.5/4）*（1/16）度那么每個脈沖滾珠絲杠移動距離（及脈沖當(dāng)量）&：&=（1.5/4）*（1/16）*（4/360）=0.0003mm或者&=<0.05例：必要脈沖數(shù)和驅(qū)動脈沖數(shù)速度計算的示例下面給出的是一個3相步進(jìn)電機必要脈沖數(shù)和驅(qū)動脈沖速度的計算示例。這是一個實際應(yīng)用例子，可以更好的理解電機選型的計算方法。1.1?驅(qū)動滾軸絲桿如下圖，2相步進(jìn)電機（1.8°/步）驅(qū)動物體運動1秒鐘，則必要脈沖數(shù)和驅(qū)動脈沖速度的計算方法如下：必要脈沖數(shù)=1WX360° X細(xì)分?jǐn)?shù)m=［脈沖］例：精度要求0.01mm的雕刻機，導(dǎo)程5mm，步進(jìn)電機驅(qū)動器一般用多少細(xì)分好呢？如果確認(rèn)是“精度”而不是“分辨率”的話，要考慮誤差問題。一，1）、你選擇絲杠本身精度要高于0.01mm,2）、其次電機細(xì)分只表示了分辨率，并不等同于電機精度。假設(shè)你絲杠精度0.005mm，那么剩給電機的允許誤差也就只有0.005mm了（暫不考慮其他誤差因素）0.005//5*360=0.36，表示你的電機精度要高于0.36度，所以你要選擇絕對精度高于0.36度的電機。二，至于細(xì)分，就簡單了。0.01/5*360=0.72；表示步進(jìn)角0.72度時可達(dá)到0.01mm的分辨率360/0.72=500;表示0.01mm分辨率時，電機一圈500步即可。在實際使用時，你要盡可能選擇細(xì)分高些，一方面提高運動平穩(wěn)性，一方面也提供更高的步進(jìn)分辨率。滾珠絲杠的選型已知條件：UPH、工作臺質(zhì)量m1、行程長度ls、最高速度Vmax、加減速時間t1和t3、定位精度+-0.3mm/1000mm、往復(fù)運動周期、游隙0.15mm選擇項目：絲杠直徑、導(dǎo)程、螺母型號、精度、軸向間隙、絲杠支撐方式、馬達(dá)計算：精度和類型（游隙、軸向間隙）0.15mm，選擇游隙在0.15以下的絲杠，查表選擇直徑32mm以下的絲杠。32mm游隙為0.14mm。為了滿足+-0.3mm/1000mm則，+-0.3mm/1000=x/300則x=+-0.09mm.必須選擇土0.090mm/300mm以上的導(dǎo)程精度。參照絲杠精度等級，選擇C7級絲杠。絲杠類型：根據(jù)機構(gòu)確定絲杠類型是：軋制或研磨、定位或傳動導(dǎo)程（以直線速度和旋轉(zhuǎn)速度確定滾珠絲杠導(dǎo)程） 導(dǎo)程和馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速Ph>=60*1000*v/（N/A） 1.Ph:絲桿導(dǎo)程mm 2.V：預(yù)定的最高進(jìn)給速度m/s 3.N：馬達(dá)使用轉(zhuǎn)速rpm 4.A：減速比直徑（負(fù)載確定直徑）動載荷、靜載荷；計算推力，一般只看動載荷軸向負(fù)荷的計算：u摩擦系數(shù)；a=Vmax/t加速度；t加減速時間；水平時：加速時承受最大軸向載荷，減速時承受最小載荷；垂直時：上升時承受最大軸向載荷，下降時承受最小載荷；加速時（上升）N：Fmax=u*m*g+f-m*a2.減速時（下降）N：Fmin=u*m*g+f-m*a3.勻速時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)荷越小長度。（總長=工作行程+螺母長度+安全余量+安裝長度+連接長度+余量）。如果增加了防護，比如護套，需要把護套的伸縮比值（一般是1：8,即護套的最大伸長量除以8）考慮進(jìn)去。支撐方式。固定-固定 固定-支撐 支撐-支撐固定-自由螺母的選擇：許用轉(zhuǎn)速計算： 螺桿軸直徑20mm、導(dǎo)程Ph=20mm 最高速度Vmax=1m/s貝上最高轉(zhuǎn)速Nmax=Vmax*60*/Ph許用轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速） N1=r*（dl/）*r安裝方式?jīng)Q定的系數(shù)；d1=絲杠軸溝槽谷徑；1=安裝間距 所以有：最高轉(zhuǎn)速<許用轉(zhuǎn)速剛度的選擇 9.選擇馬達(dá)*驗證：剛度驗證、精度等級的驗證、壽命選擇、驅(qū)動轉(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；目的：消除滾珠絲杠副的軸向間隙、增大滾珠絲杠副的剛性、*DN值： D：滾珠絲杠副的公稱直徑，也為滾珠中心處的直徑6im）;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<=C；任意300mm行程內(nèi)行程變動量V300（um），V300<=定位精度：1）.導(dǎo)程精度2）.軸向間隙3）傳動系統(tǒng)的軸向剛性4）熱變形5）絲杠的運動姿勢重復(fù)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；直線導(dǎo)軌的選擇直線導(dǎo)軌的運動精度：1） 運動精度：a：滑塊頂面中心對導(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：同一平面上多個滑塊頂面高度H的變動量；c：與導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面同側(cè)的滑塊側(cè)面對導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面間距離W1的極限偏差；d:：同一導(dǎo)軌上多個滑塊側(cè)面對導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面可1的變動量。3）導(dǎo)軌上有超過兩個以上的導(dǎo)軌，只檢驗首尾兩個滑塊，中間的不做W1檢驗，但中間的W1應(yīng)小于首尾的W1。--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)鍵因素之一--確定軌長。這個長度是軌的總長，不是行程。全長=有效行程+滑塊間距（2個以上滑塊）+滑塊長度X滑塊數(shù)量+兩端的安全行程，如果增加了防護罩，需要加上兩端防護罩的壓縮長度。--確定滑塊類型和數(shù)量。常用的滑塊是兩種：法蘭型，方形。前者高度低一點，但是寬一點，安裝孔是貫穿螺紋孔，后者高一點，窄一點，安裝孔是螺紋盲孔。兩者均有短型、標(biāo)準(zhǔn)型和加長型之分（有的品牌也稱為中負(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個安裝孔。滑塊的數(shù)量應(yīng)由用戶通過計算確定，在此只推薦一條：少到可以承載，多到可以安裝。滑塊類型和數(shù)量與滑軌寬度構(gòu)成負(fù)載大小的三要素。--確定精度等級。任何廠家的產(chǎn)品都會標(biāo)注精度等級，有些廠家的標(biāo)注比較科學(xué)，一般采用該等級名稱的第一個字母，如普通級標(biāo)N，精密級標(biāo)P。--確定其他參數(shù)除上述4個主要參數(shù)外，還有一些參數(shù)需要確定，例如組合高度類型、預(yù)壓等級等。預(yù)壓等級高的表示滑塊和滑軌之間的間隙小或為負(fù)間隙，預(yù)壓等級低的反之。感官區(qū)別就是等級高的滑塊滑動阻力大，等級低的阻力小。表示方法得看廠家選型樣本，等級數(shù)有3級的，也有5級的。等級的選擇要看用戶的實際使用場合，大致的原則是滑軌規(guī)格大、負(fù)載大、有沖擊、精度高的場合可以選預(yù)壓等級高一點的，反之選低一點。提示：1預(yù)壓等級與質(zhì)量無關(guān)，2—預(yù)壓等級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)語尺寸鏈一一在機器裝配或零件加工過程中，由相互連接的尺寸形成封閉的尺寸組，稱為尺寸鏈。間隙A0與其它尺寸連接成的封閉尺寸組，形成尺寸鏈。環(huán)一一列入尺寸鏈中的每一個尺寸稱為環(huán),A0、A1、A2、A3…都是環(huán)。長度環(huán)用大寫斜體拉丁字母A，B，C……表示；角度環(huán)用小寫斜體希臘字母a，B等表示。封閉環(huán)一一尺寸鏈中在裝配過程或加工過程后自然形成的一環(huán)稱為封閉環(huán)。封閉環(huán)的下角標(biāo)“0”表示。組成環(huán)一一尺寸鏈中對封閉環(huán)有影響的全部環(huán)，稱為組成環(huán)。組成環(huán)的下角標(biāo)用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。增環(huán)一一尺寸鏈中某一類組成環(huán)，當(dāng)其他組成環(huán)的大小不變，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)。減環(huán)一一尺寸鏈中某一類組成環(huán)，當(dāng)其他組成環(huán)的大小不變，若封閉環(huán)隨著某組成環(huán)的減小而減小，則該組成環(huán)為減環(huán)。補償環(huán)一一尺寸鏈中預(yù)先選定某一組成環(huán)，可以通過改變其大小或位置，使封閉環(huán)達(dá)到規(guī)定的要求，該組成環(huán)為補償環(huán)。封閉環(huán)：基本尺寸：A0=Ap1+Ap2-Aq3 上偏差：ES0=ESp1+ESp2-EIq3下偏差：EI0=EIp1+EIp2-ESq3A0:封閉環(huán)Ap1、Ap2：增環(huán) Aq3:減環(huán)封閉環(huán)基本尺寸=所有增環(huán)基本尺寸一所有減環(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)的下偏差一所有減環(huán)的上偏差。退火：指金屬材料加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定的時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝（隨爐冷卻）。常見的退火工藝有：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