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數(shù)控機(jī)床伺服電機(jī)(機(jī)床伺服電機(jī)的選型方法)

發(fā)布時(shí)間:2021-03-10 13:00

機(jī)床的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)包括進(jìn)給伺服馬達(dá)和主軸伺服馬達(dá)。當(dāng)機(jī)器制造商在購(gòu)買電動(dòng)機(jī)時(shí)擔(dān)心切割能力不足時(shí),他們經(jīng)常選擇大型電動(dòng)機(jī)以增加機(jī)床的制造成本,并且增加了機(jī)器的尺寸并且結(jié)構(gòu)布局不緊湊。因此,有必要通過(guò)具體的分析和計(jì)算來(lái)選擇最佳規(guī)格的電動(dòng)機(jī)。進(jìn)給驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的選擇1.原則上,應(yīng)根據(jù)負(fù)載條件選擇伺服電機(jī)。電機(jī)軸上增加了兩種類型的負(fù)載:阻尼扭矩和慣性負(fù)載。這兩個(gè)載荷必須正確計(jì)算,并且它們的值必須滿足以下條件:1)當(dāng)機(jī)床空載運(yùn)行時(shí),施加在伺服電機(jī)軸上的負(fù)載扭矩必須在電機(jī)的連續(xù)額定扭矩范圍內(nèi)。在整個(gè)速度范圍內(nèi)。在轉(zhuǎn)矩特性曲線的連續(xù)工作區(qū)域內(nèi)。 2)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩,負(fù)載周期和過(guò)載時(shí)間均在提供的特性曲線的允許范圍內(nèi)。 3)加減速時(shí),電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩必須在加減速區(qū)域(或間歇工作區(qū)域)內(nèi)。 4)對(duì)于需要頻繁啟動(dòng),制動(dòng)和定期更改的負(fù)載,必須在一個(gè)周期內(nèi)檢查轉(zhuǎn)矩的均方根值。并且必須小于電動(dòng)機(jī)的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩。加在電機(jī)軸上的負(fù)載慣量會(huì)影響電機(jī)的靈敏度和整個(gè)伺服系統(tǒng)的精度。通常,如果負(fù)載小于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣性,則上述效果不大。但是,當(dāng)負(fù)載慣量達(dá)到或超過(guò)轉(zhuǎn)子慣量的5倍時(shí),它將對(duì)靈敏度和響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生很大影響。 伺服放大器可能無(wú)法在正常調(diào)節(jié)范圍內(nèi)運(yùn)行。因此,應(yīng)避免使用這種慣性。推薦伺服電動(dòng)機(jī)慣性Jm和負(fù)載慣性Jl :之間的關(guān)系。

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1=Jl/Jm52如何計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨機(jī)器的不同,添加到伺服電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式也有所不同。但是,任何機(jī)械設(shè)備都需要計(jì)算轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。通常,轉(zhuǎn)換為伺服電機(jī)軸的負(fù)載扭矩可通過(guò)以下公式計(jì)算。Tl=(F * L /2πμ)+ T0,其中:Tl負(fù)載扭矩轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸(N.M); F軸需求力工作臺(tái)行程L—電機(jī)軸每轉(zhuǎn)的機(jī)械位移(M)To—滾珠絲杠螺母的值和轉(zhuǎn)換為伺服電機(jī)軸的軸承零件的摩擦扭矩(NM)μ—驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率F見(jiàn)下表它取決于重量,摩擦系數(shù),水平或垂直切削力,以及是否使用配重(用于垂直軸)。水平面F軸的值如上圖所示。沒(méi)有裂解: F=μ*(W + fg)有裂解: F=Fc +μ*(W + fg + Fcf)

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W:滑塊重量(工作臺(tái)和工件)Kgμ:摩擦系數(shù)Fc:切削力反作用力fg:刀片保持力

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Fcf:由于對(duì)滑塊表面的切削力而在工作臺(tái)上施加的力(kg)是工作臺(tái)對(duì)導(dǎo)軌的正壓。計(jì)算扭矩時(shí),請(qǐng)?zhí)貏e注意以下幾點(diǎn): (a)必須充分考慮由于成型引起的摩擦扭矩。通常,僅根據(jù)滑塊的重量和摩擦系數(shù)計(jì)算出的轉(zhuǎn)矩非常小。請(qǐng)?zhí)貏e注意由擰緊插件引起的扭矩和滑塊表面的精度誤差。 (b)軸承產(chǎn)生的扭矩,螺母的預(yù)緊力和絲杠預(yù)緊力的滾珠接觸面的摩擦不能忽略。特別是小型輕巧的設(shè)備。該扭矩響應(yīng)于總扭矩。因此,請(qǐng)?zhí)貏e注意。 (c)切削力的反作用力增加了工作臺(tái)的摩擦力,因此接收切削反作用力的點(diǎn)和接收驅(qū)動(dòng)力的點(diǎn)通常是分開(kāi)的。如圖所示,一旦受到較大的切削反作用力,滑塊表面的負(fù)荷也會(huì)增加。在計(jì)算切削過(guò)程中的扭矩時(shí),必須考慮由于該載荷而引起的摩擦扭矩的增加。

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(d)摩擦扭矩受進(jìn)給速度的影響很大,有必要研究和測(cè)量由于速度表支架(滑塊,球,靜壓力),滑塊表面材料的變化而引起的摩擦變化。和表面。潤(rùn)滑條件。您已達(dá)到正確的值。 (e)通常,即使在同一臺(tái)機(jī)器上,它也取決于調(diào)節(jié)條件,環(huán)境溫度或潤(rùn)滑條件等因素。在計(jì)算負(fù)載扭矩時(shí),請(qǐng)?jiān)谕活愋偷臋C(jī)器上測(cè)量累積的參數(shù),以獲取正確的數(shù)據(jù)。 3.負(fù)載慣量的計(jì)算由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的所有運(yùn)動(dòng)部件,無(wú)論是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件還是直線運(yùn)動(dòng)部件,都將成為電動(dòng)機(jī)的負(fù)載慣性。負(fù)載相對(duì)于電機(jī)軸的總慣量可以通過(guò)計(jì)算每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的慣量并根據(jù)一定的規(guī)則相加而得出。 1)繞中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí),滾珠絲杠,齒輪等氣缸的慣性可根據(jù)以下公式計(jì)算。 J=(πγ/32)* D4L(kg cm2)可以根據(jù)以下公式計(jì)算:

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J=(0.78 * 10-6)* D4L(kg cm2)其中材料的γ密度(kg/cm2)D缸長(zhǎng)度(cm)L缸長(zhǎng)度(cm)2)軸工件,工作臺(tái)和其他軸物體在一個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)的慣性可以通過(guò)以下公式獲得:J=W *(L /2π)2(kg cm2)其中W-沿直線運(yùn)動(dòng)的物體的重量(kg)L-電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一圈沿線性方向運(yùn)動(dòng)的距離(cm)3)氣缸以中心為中心移動(dòng)時(shí)的慣性如圖:

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所示。 這種情況的一個(gè)例子:例如,具有直硬度的齒輪通常會(huì)在圓盤(pán)上挖出均勻分布的孔,以減少慣性。此時(shí),可以如下計(jì)算慣性。 J=Jo + W * R2(kg cm2)此處,Jo-圓柱體繞中心線旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣性(kgcm2)W-圓柱體重量(kg)R-旋轉(zhuǎn)半徑(cm)4)計(jì)算慣性電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速機(jī)械速度的變化將是上圖所示的負(fù)載。轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)軸的慣量Jo的計(jì)算方法如下。 J=(N1/N2)2Jo其中: N1 N2是根據(jù)齒輪齒4計(jì)算的,電動(dòng)機(jī)加速或減速時(shí)的轉(zhuǎn)矩1)線性加速和減速期間的加速轉(zhuǎn)矩。計(jì)算公式如下: 1-e-ks.ta)Vr=Vm(1-1/ta。 ks(1-e-ksta)Ta—加速轉(zhuǎn)矩(NM)Vm—快速運(yùn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)機(jī)速度(r/min)Ta—加速時(shí)間(秒)Jm—電動(dòng)機(jī)慣性(Nms2)JL—負(fù)載慣性(Nm s2)Vr -加速轉(zhuǎn)矩開(kāi)始減小的點(diǎn)Ks-Servo系統(tǒng)位置環(huán)增益(sec-1)圖:示出了根據(jù)指數(shù)曲線電動(dòng)機(jī)加速時(shí)的加速轉(zhuǎn)矩曲線。此時(shí),速度為0時(shí),可通過(guò)以下公式計(jì)算扭矩。 To==(2πVm/60 * 104)* 1/te(Jm + JL)Te—指數(shù)曲線加減速時(shí)間常數(shù)2)輸入步進(jìn)速度命令時(shí),圖中將顯示速度曲線和轉(zhuǎn)矩曲線。此時(shí)的加速轉(zhuǎn)矩Ta與To相同,可以通過(guò)下式(ts = ks)Ta ==(2πVm/60×104)×1/ts(Jm + JL)求出。 5.經(jīng)常使用工作機(jī)。當(dāng)作業(yè)機(jī)械頻繁運(yùn)行和制動(dòng)時(shí),必須檢查電動(dòng)機(jī)是否過(guò)熱,這就是為什么必須在一個(gè)周期內(nèi)計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的均方根的原因。均方根值應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。 電機(jī)的均方根; Trms=√[(Ta + Tf)2t1 + Tf2t2 +(Ta-Tf)2t1 + To2t3]/T(公式)Ta-加速扭矩(NM)Tf-摩擦扭矩(NM)To-停止時(shí)間(NM)在t1t2t3t期間扭矩(NM)和已知時(shí)間可以如圖6所示。還需要均方根值來(lái)計(jì)算圖中所示的循環(huán)負(fù)載變化的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩以周期Trms為單位。并且該值小于額定扭矩。這樣,電動(dòng)機(jī)將不會(huì)過(guò)熱并且將正常運(yùn)行。

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