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文檔簡介
1、可編輯版附錄1:根據(jù)負(fù)載條件選用電機(jī) 電機(jī)軸上有兩種負(fù)載,一種是轉(zhuǎn)矩負(fù)載,另一種是慣量負(fù)載。選用電機(jī)時,必須準(zhǔn)確計算這些負(fù)載,以便確保滿足如下條件:(1). 當(dāng)機(jī)床處于非切削工作狀態(tài)時,在整個速度范圍內(nèi)負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于電機(jī)的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩。 如果在暫?;蛞苑浅5偷乃俣冗\(yùn)行時,由于摩擦系數(shù)增大,使得負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大并超過電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩,電機(jī)有可能出現(xiàn)過熱。另一方面,在高速運(yùn)行時,如果受粘滯性影響,而使轉(zhuǎn)矩增大且超過額定轉(zhuǎn)矩,由于不能獲得足夠的加速轉(zhuǎn)矩,加速時間常數(shù)有可能大大增加。(2). 最大切削轉(zhuǎn)矩所占時間(負(fù)載百分比即“ON”時間)滿足所期望的值。(3). 以希望的時間常數(shù)進(jìn)行加速。一般來說,負(fù)載轉(zhuǎn)
2、矩有助于減速,如果加速不成問題,以同一時間常數(shù)進(jìn)行減速亦無問題。加速檢查按以下步驟進(jìn)行。 (I)假設(shè)電機(jī)軸按照NC或位控所確定的ACC/DEC方式進(jìn)行理想的運(yùn)動來得到加速速率。 (II)用加速速率乘以總慣量(電機(jī)慣量負(fù)載慣量)計算出加速轉(zhuǎn)矩。 (III)將負(fù)載轉(zhuǎn)矩(摩擦轉(zhuǎn)矩)與加速轉(zhuǎn)矩相加求得電機(jī)軸所需轉(zhuǎn)矩。 (IV)需要確認(rèn),第(III)項(xiàng)中的轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩(最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩),同時,小于伺服放大器電流限制回路所限制的轉(zhuǎn)矩。第(II)項(xiàng)中的加速轉(zhuǎn)矩由下式來計算。A.對于線性加速情況 式中:Ta: 加速轉(zhuǎn)矩(KgCm) NM: 快速進(jìn)給時的電機(jī)速度(rpm) ta: 加速時間(sec) Jm
3、: 電機(jī)慣量(KgCmS2) : 負(fù)載慣量(KgCmS2) Nr: 加速轉(zhuǎn)矩減小時的始點(diǎn)(不同于Nm)(rpm) Ks: 伺服位置環(huán)增益(Sec-1)B. 對于指數(shù)加減速情況 圖中: 時,, 時, , 式中, C.指令速度突加情況 式中,(4). 快進(jìn)頻率: 一般來講,在正常切削加工中,此項(xiàng)不成問題,但對于特殊加工設(shè)備來說(如沖壓、鉆床、激光加工、包裝機(jī)械等),要求頻繁快速進(jìn)給,此時,需要檢查是否由于頻繁加、減速而使電機(jī)過熱。在這種情況下,應(yīng)計算每個循環(huán)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的均方根(RMS)值,以保證此值小于電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。 式中:Ta: 加速轉(zhuǎn)矩 Tf: 摩擦轉(zhuǎn)矩 To: 停止時的轉(zhuǎn)矩(5). 當(dāng)負(fù)載條
4、件在一個循環(huán)周期內(nèi)變化不定時,TRMS按下式計算,并確認(rèn)此值在電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)。 式中:to=t1+t2+t3+tn(6). 負(fù)載慣量限制 負(fù)載慣量的大小對于伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能及快進(jìn)加/減速時間有很大影響。對 于大的負(fù)載慣量,當(dāng)指令速度改變時,電機(jī)需要更長的時間達(dá)到指令速度,當(dāng)多軸聯(lián)動進(jìn)行圓弧插補(bǔ)切削時,跟蹤誤差就大于較小慣量時的情況從而影響加工精度。 通常,當(dāng)負(fù)載慣量小于電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量時,上述問題不會出現(xiàn)。如果大于轉(zhuǎn)子慣量3倍,動態(tài)影響就會變差,用于加工普通金屬的機(jī)械,還不存在任何實(shí)際問題。不過,在諸如以高速加工各種形狀復(fù)雜的木材的木工機(jī)械等特殊場合,最好使負(fù)載慣量小于轉(zhuǎn)子慣量。 當(dāng)負(fù)載慣
5、量大于轉(zhuǎn)子慣量3倍時,就會犧牲響應(yīng)時間。如果大大超過3倍,恐怕超出伺服放大器的參數(shù)調(diào)整范圍,因此,應(yīng)避免這種使用。由于機(jī)械設(shè)計限制,而無法小于3倍轉(zhuǎn)子慣量時。附錄2: 負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算 施加于電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩通常用以下簡單公式計算。 式中:: 電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩() F : 需要使滑臺(工作臺或刀架)以軸向運(yùn)動的力(Kg) : 傳動系統(tǒng)的效率。 : 電機(jī)軸每轉(zhuǎn)機(jī)械移動量 Tc: 不包含在“”內(nèi)的滾珠絲杠副,軸承等部件折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩。 F取決于工作臺重量,摩擦系數(shù),水平或垂直方向的切削推力,垂直軸場合是否配重平衡等因素。在水平方面使用場合,F(xiàn)值大小下圖所給舉例計算如下: 非切削時間: 切
6、削時間: 式中: W:滑臺重量(工作臺及工件)(Kg) : 摩擦系數(shù) fg: 拉緊銷拉緊力 Fc: 由切削力產(chǎn)生的反向推力(Kg) Fcf: 工作臺相對導(dǎo)軌表面由切削運(yùn)動而產(chǎn)生的力(Kg) 計算轉(zhuǎn)矩時,務(wù)必注意如下幾點(diǎn):(1)必須充分考慮由于拉緊銷的夾緊產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩。一般來說,由滑動體的重量和摩擦系數(shù)計算出的轉(zhuǎn)矩值很小。請務(wù)必注意由于拉緊銷的夾緊力及滑臺表面的精度而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。(2)有兩種情況不可忽略,一種是由于滾珠和滾珠螺母的預(yù)緊力引起的滾動接觸部件的摩擦轉(zhuǎn)矩,另一種是絲杠的預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩。特別對于小型機(jī)械來講,此轉(zhuǎn)矩對整個轉(zhuǎn)矩有很大影響,因此,必須加以考慮。(3)必須考慮由于切削反
7、作用力引起的滑動表面摩擦力的增大因素。一般來說,切削反作用力的吸收點(diǎn)與驅(qū)動力的吸收點(diǎn)不在同一位置,滑動體表面的負(fù)載就會由于吸收大的切削反作用力而產(chǎn)生的運(yùn)動而增大,如下圖所示。計算切削過程中的轉(zhuǎn)矩時,必須考慮由于這種負(fù)載而引起的摩擦轉(zhuǎn)矩的增大。(4)進(jìn)給速率對摩擦轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生很大影響。必須對不同速度下摩擦力的變化,工作臺支撐體(滑臺,滾動體,靜壓),滑動體表面材料及潤滑條件進(jìn)行研究和測量,以便得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。(5)通常,即使是同一種機(jī)械,摩擦轉(zhuǎn)矩也依調(diào)整狀態(tài),環(huán)境溫度或潤滑條件等因素而發(fā)生變化。計算負(fù)載轉(zhuǎn)矩時,請設(shè)法對同種機(jī)械進(jìn)行測量,并對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以便得到準(zhǔn)確數(shù)值。也就是說,必須對夾緊力,間隙
8、進(jìn)行調(diào)整,來有效地控制摩擦轉(zhuǎn)矩,以便避免產(chǎn)生過大轉(zhuǎn)矩。 另一種計算折合到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方法如下: (水平直線運(yùn)動軸) 式中:PB:滾珠絲杠螺距(m) 1/R: 減速比 (垂直直線運(yùn)動軸) 式中:Wc:配重塊重量(Kg) (旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動) 式中::負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ()附錄3: 負(fù)載慣量計算 與負(fù)載轉(zhuǎn)矩不同的是,只通過計算即可得到負(fù)載慣量的準(zhǔn)確數(shù)值。不管是直線運(yùn)動還是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,對所有由電機(jī)驅(qū)動的運(yùn)動部件的慣量分別計算,并按照規(guī)則相加即可得到負(fù)載慣量。由以下基本公式就能得到幾乎所有情況下的負(fù)載慣量。1.圓柱體的慣量由下式計算有中心軸的圓柱體的慣量。如滾珠絲杠,齒輪等。 (Kgcmsec2)或 式中:密
9、度(Kg/cm3) 鐵:7.8710-3Kg/cm3=7.87103Kg/m3 鋁:2.7010-3Kg/cm3=2.70103Kg/m3 JK:慣量(Kgcmsec2)(Kgm2) D : 圓柱體直徑(cm).(m) L : 圓柱體長度(cm).(m)2.直線運(yùn)動體的慣量 用下式計算諸如工作臺、工件等部件的慣量 式中:W :直線運(yùn)動體的重量(Kg) PB: 以直線方向電機(jī)每轉(zhuǎn)移動量(cm)或(m)3.有變速機(jī)構(gòu)時折算到電機(jī)軸上的慣量 :齒輪齒數(shù) 4.具有圖中所示旋轉(zhuǎn)中心的圓柱體的慣量 式中:圓柱體中心周圍的慣量 M: 圓柱體重量(Kg) R: 旋轉(zhuǎn)半徑(cm)5.空心圓柱體的慣量 式中:密度
10、 (Kg/cm3) L : 柱體長度(cm) Do:柱體外徑(cm) D1:柱體內(nèi)徑(cm)6.對于垂直軸直線運(yùn)動,當(dāng)有配重時,務(wù)必考慮配重體的慣量,此時, 式中: Wc:配重體重量(Kg) 1/R: 減速比 PB: 滾珠絲杠螺距(m)附錄4: 運(yùn)轉(zhuǎn)功率及加速功率計算 在電機(jī)選用中,除慣量、轉(zhuǎn)矩之外,另一個注意事項(xiàng)即是電機(jī)功率計算。一般可按下式求得。1.運(yùn)轉(zhuǎn)功率計算 (W) 式中: : 運(yùn)轉(zhuǎn)功率(W) : 電機(jī)運(yùn)行速度(rpm) : 負(fù)載轉(zhuǎn)矩()2.加速功率計算 式中: : 加速功率 (W) : 電機(jī)運(yùn)行速度 (rpm) :負(fù)載慣性 : 加速時間常數(shù)(sec)附錄5:定位控制用伺服電機(jī)選用指南
11、1. 幾個基本問題 就一般而言,定位控制系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu)形式。一種是全閉環(huán)位置控制系統(tǒng),其位置檢測元件一般采用光柵或感應(yīng)同步器,這種控制結(jié)構(gòu)雖然可獲得較高的精度,但由于傳動機(jī)構(gòu)的間隙,誤差等非線性因素影響,系統(tǒng)的穩(wěn)定性往往受其影響,調(diào)整起來比較困難.但在大多數(shù)場合,采用另一種方法,即半閉環(huán)位置控制系統(tǒng)即可滿足定位精度要求,其位置檢測元件一般采用與電機(jī)同軸安裝的光電脈沖編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器。即便是具有插補(bǔ)功能的輪廓控制也是如此。其典型結(jié)構(gòu)如下: 對于這種結(jié)構(gòu)的定位系統(tǒng)來說,有如下幾個基本問題需要考慮:(1)位置檢測單位 (mm/脈沖) 式中:: 滾珠絲杠螺距(m) :脈沖編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)(P/r)
12、k : 脈沖編碼器反饋脈沖的細(xì)分比。 K : 脈沖編碼器反饋脈沖倍乘比.(2)指令脈沖頻率 式中::進(jìn)給速率(m/min) 此值不能大于位置伺服系統(tǒng)的最大接收脈沖頻率。(3)PG反饋脈沖頻率() 式中::電機(jī)速度(r/min) 此值不能大于位置伺服系統(tǒng)的最大PG反饋脈沖頻率。(4)位置環(huán)增益(KP),誤差計數(shù)器跟蹤脈沖() a.指令脈沖階躍輸入 式中:: 最小加速時間 (脈沖) 式中:=3(1000脈沖) =4(1000脈沖) :最小減速時間 式中:伺服放大器峰值轉(zhuǎn)矩() : 電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩()b.指令脈沖線性輸入 (1/S) 使用交流伺服時 0.15(s) 使用交流伺服時 (脈沖) ()
13、 式中:所需起動轉(zhuǎn)矩 (N.m) : 所需制動轉(zhuǎn)矩 (N.m) : 起動時間(S) : 制動時間(S) (5)電氣環(huán)節(jié)定位精度 (脈沖) 式中::電機(jī)速度(r/min) :伺服電機(jī)額定速度 (r/min)2.應(yīng)用舉例某機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計為: 進(jìn)給速度: =15m/min 定位次數(shù): n=40/min 直線運(yùn)動體重量:M=80Kg 運(yùn)動行程: =0.25m 滾珠絲杠長: LB=0.8m 定位時間: 滾珠絲杠直徑: DB=0.016m 電氣定位精度:=0.01mm 滾珠絲杠螺距: PB=0.05m 摩擦系數(shù): =0.2 聯(lián)軸器重量: MK=0.3Kg 機(jī)械效率: =0.9(90%) 聯(lián)軸器直徑: DK=
14、0.03m (1)速度圖 (S) , (S) (S) (S)(2)速度 要求驅(qū)動電機(jī)速度: 電機(jī)速度:采用直聯(lián)結(jié)構(gòu),所以減速比1/R=1/1 故:(3)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 (4)負(fù)載慣量 直線運(yùn)動體: 滾珠絲杠: 聯(lián)軸器: 電機(jī)軸上的負(fù)載慣量: (5)負(fù)載運(yùn)行功率: (6)負(fù)載加速功率: (7)暫選伺服系統(tǒng) 選用條件:電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 (12)電機(jī)額定輸出 電機(jī)額定速度 伺服系統(tǒng)的允許負(fù)載慣量 根據(jù)以上條件,暫選用3000rpm系列200W 1FT-5042-OAF01伺服電機(jī)及POS528定位單元+PAC06伺服驅(qū)動系統(tǒng)。 額定數(shù)據(jù)如下:額定輸出功率:200(W) 額定轉(zhuǎn)速:3000(r/min)額定轉(zhuǎn)矩: 0.6 () 峰值轉(zhuǎn)矩:1.8 ()電機(jī)慣量: 伺服系統(tǒng)的允許負(fù)載慣量:PG脈沖數(shù):2500(P/r)(8)伺服電機(jī)確認(rèn) a.所需加速轉(zhuǎn)矩 峰值轉(zhuǎn)矩 可用 b.所需制動轉(zhuǎn)矩 峰值轉(zhuǎn)矩 可用 c. 轉(zhuǎn)矩均方根值 額定轉(zhuǎn)矩 可用(9)PG反饋脈沖倍乘比 由于要求電氣定位精度 =0.01mm 因此,位置檢測單位A=0.001mm/p完全可以滿足要求。PG反饋脈沖細(xì)分比 k=1 (10)指令脈沖頻率: (11)誤差計數(shù)器跟蹤脈沖 位置環(huán)增益 (脈沖)(12)電氣定位精度 從以上計算數(shù)據(jù)分析結(jié)果如下: 選用的伺服系
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