伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)絲杠導(dǎo)軌的計(jì)算選擇.doc

1、伺服電機(jī)的選擇伺服電機(jī)： 伺服主要靠 脈沖 來定位，伺服電機(jī)接收到 1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)位移；可以將 電壓 信號(hào)轉(zhuǎn)化為 轉(zhuǎn)矩 和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。1 個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的 U/V/W 三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)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(dòng)的角度。伺服電機(jī)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(jī)都是半閉環(huán)，只是編碼器發(fā)出多少個(gè)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(jī)：則沒有記憶發(fā)出多少個(gè)脈沖。伺服： 速度控

2、制、位置控制、力矩控制增量式 伺服電機(jī)：是沒有記憶功能，下次開始是從零開始；絕對(duì)值 伺服電機(jī)：具有記憶功能，下次開始是從上次停止位置開始。伺服電機(jī)額定速度3000rpm ，最大速度 5000 rpm ；加速度一般設(shè)0.05 0.5s計(jì)算內(nèi)容：1. 負(fù)載 ( 有效 ) 轉(zhuǎn)矩 T伺服電機(jī) T的額定轉(zhuǎn)矩2. 負(fù)載慣量 J/ 伺服電機(jī)慣量 J 10 (5 倍以下為好 )3. 加、減速期間伺服電機(jī)要求的轉(zhuǎn)矩 伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩4. 最大轉(zhuǎn)速 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速伺服電機(jī)：編碼器分辨率 2500puls/ 圈；則控制器發(fā)出2500個(gè)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈。1. 確定機(jī)構(gòu)部 。另確定各種機(jī)構(gòu)零件（絲杠的長度、導(dǎo)程和帶輪直

3、徑等）細(xì)節(jié)。典型機(jī)構(gòu)：滾珠絲杠機(jī)構(gòu)、皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)等2. 確定運(yùn)轉(zhuǎn)模式 。 （加減速時(shí)間、勻速時(shí)間、停止時(shí)間、循環(huán)時(shí)間、移動(dòng)距離）運(yùn)轉(zhuǎn)模式對(duì)電機(jī)的容量選擇影響很大，加減速時(shí)間、停止時(shí)間盡量取大，就可以選擇小容量電機(jī)3. 計(jì)算負(fù)載慣量J和慣量比 （ xkg. ）。 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式計(jì)算慣量比。負(fù)載慣量 J/ 伺服電機(jī)慣量J 10單位（ xkg. ）計(jì)算負(fù)載慣量后預(yù)選電機(jī)，計(jì)算慣量比4. 計(jì)算轉(zhuǎn)速N【r/min】。根據(jù)移動(dòng)距離、加速時(shí)間ta 、減速時(shí)間td、勻速時(shí)間tb 計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。計(jì)算最高速度Vmaxxtax Vmax + tbx Vmax +xtdx Vmax =移動(dòng)距離則得 Vma

4、x=0.334m/s（假設(shè)）則最高轉(zhuǎn)速：要轉(zhuǎn)換成 1 ）絲桿轉(zhuǎn) 1圈的導(dǎo)程為N【 r/min 】，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）= 16.7 x 60 = 1002（r/min） 3000(電機(jī)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）= 7.08 x 60 = 428.8（ r/min） 3000(電機(jī)額定轉(zhuǎn)速)5. 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 T【N . m 】。 根據(jù)負(fù)載慣量、加

5、減速時(shí)間、勻速時(shí)間計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)矩。計(jì)算移動(dòng)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(shí) 轉(zhuǎn)矩最大 電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩確認(rèn)有效轉(zhuǎn)矩： 有效（負(fù)載）轉(zhuǎn)矩 電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩6. 選擇電機(jī) 。 選擇能滿足 35項(xiàng)條件的電機(jī)。1. 轉(zhuǎn)矩 N.m ：1）峰值轉(zhuǎn)矩：運(yùn)轉(zhuǎn)過程中（主要是加減速）電機(jī)所需要的最大轉(zhuǎn)矩；為電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 的 80%以下。2）移動(dòng)轉(zhuǎn)矩、 停止時(shí)的保持轉(zhuǎn)矩： 電機(jī)長時(shí)間運(yùn)行所需轉(zhuǎn)矩； 為電機(jī) 額定轉(zhuǎn)矩 的 80%以下。3）有效轉(zhuǎn)矩：運(yùn)轉(zhuǎn)、停止全過程所需轉(zhuǎn)矩的平方平均值的單位時(shí)間數(shù)值；為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的 80%以下。Ta：加速轉(zhuǎn)矩ta:加速時(shí)間Tf：移動(dòng)轉(zhuǎn)矩tb：勻速時(shí)間Td ：減速轉(zhuǎn)矩td：減速時(shí)間

6、tc：循環(huán)時(shí)間2. 轉(zhuǎn)速：最高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速：大致為額定轉(zhuǎn)速以下；（最高轉(zhuǎn)速時(shí)需要注意轉(zhuǎn)矩和溫度的上升）3. 慣量：保持某種狀態(tài)所需要的力步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī) ：是將電 脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制 脈沖頻率 來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。1.步進(jìn)電機(jī)的最大速度6001200rpm加速度一般設(shè) 0.1s1s1.確定驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)2.確定運(yùn)動(dòng)曲線3.計(jì)算負(fù)荷轉(zhuǎn)矩4.計(jì)算負(fù)荷慣量5.計(jì)算啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩6.計(jì)算必須轉(zhuǎn)矩7.電機(jī)選型8.選型電機(jī)驗(yàn)算9.選型完成選定電機(jī)：1.負(fù)載慣量 J

7、/伺服電機(jī)慣量J負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T3.在最大脈沖速度f0時(shí)，離開轉(zhuǎn)矩（是不是必須轉(zhuǎn)矩）負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T步進(jìn)選型計(jì)算見（KINCO 步進(jìn)選型中 12頁的例題）伺服選型計(jì)算見（松下伺服選型計(jì)算伺服電機(jī)選型方法）1千克 米 (kg m)9.8牛頓 米 (N m)。脈沖當(dāng)量 （即運(yùn)動(dòng)精度）&= 0.05(0.05 為重復(fù)定位精度)200 為兩相步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)m為細(xì)分?jǐn)?shù)200=360/1.8i減速比 1/xC電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的周長無減速比電機(jī)轉(zhuǎn)一圈絲杠走一個(gè)導(dǎo)程電機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/s ） V=P為脈沖頻率例 :已知齒輪減速器的傳動(dòng)比為1/16，步進(jìn)電機(jī)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

8、沖當(dāng)量是多少？脈沖當(dāng)量 是每一個(gè)脈沖滾珠絲杠移動(dòng)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(dòng)一個(gè)導(dǎo)程也就是4mm那么每一度移動(dòng)（4/360 ） mm電機(jī) 4 細(xì)分，步距角為1.5 ，則每一個(gè)脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)1.5/4那么一個(gè)脈沖，通過減速比，則絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)（1.5/4）* （1/16）度那么每個(gè)脈沖滾珠絲杠移動(dòng)距離（及脈沖當(dāng)量）& ：&= （ 1.5/4）* （1/16） * （ 4/360）=0.0003mm 或者 &= =60*1000*v/(N/A)1.Ph:導(dǎo)程和馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速絲桿導(dǎo)程mm2.V：預(yù)定的最高進(jìn)給速度m/s3.N：馬達(dá)使用轉(zhuǎn)速rpm4.A：減速比3. 直徑。（

9、負(fù)載確定直徑） 動(dòng)載荷、靜載荷；計(jì)算推力，一般只看動(dòng)載荷軸向負(fù)荷的計(jì)算： u摩擦系數(shù)； a=Vmax/t 加速度； t 加減速時(shí)間；水平時(shí)：加速時(shí)承受最大軸向載荷，減速時(shí)承受最小載荷；垂直時(shí)：上升時(shí)承受最大軸向載荷，下降時(shí)承受最小載荷；1. 加速時(shí)（上升） N：Fmax=u*m*g+f-m*a 2.減速時(shí)（下降） N：Fmin=u*m*g+f-m*a3.勻速時(shí) 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4. 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(hù)，比如護(hù)套，需要把護(hù)套的伸縮比值（一般是 1： 8，即護(hù)

10、套的最大伸長量除以 8）考慮進(jìn)去。5. 支撐方式 。固定 -固定固定 - 支撐支撐 -支撐固定 - 自由6. 螺母 的選擇：7.許用轉(zhuǎn)速 計(jì)算：螺桿軸直徑 20mm 、導(dǎo)程 Ph=20mm 最高速度 Vmax 1m/s則：最高轉(zhuǎn)速Nmax=Vmax * 60 * /Ph許用轉(zhuǎn)速 （臨界轉(zhuǎn)速） N1=r *（d1/ ） *r 安裝方式?jīng)Q定的系數(shù)； d1=絲杠軸溝槽谷徑；l= 安裝間距所以有：最高轉(zhuǎn)速 許用轉(zhuǎn)速8.剛度 的選擇 9.選擇 馬達(dá)* 驗(yàn)證： 剛度驗(yàn)證、精度等級(jí)的驗(yàn)證、壽命選擇、驅(qū)動(dòng)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；

11、2. 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（ mm）; 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；2. 任意 300mm行程內(nèi)行程變動(dòng)量V300(um) ， V300=定位精度： 1） .導(dǎo)程精度 2 ） . 軸向間隙3 ）傳動(dòng)系統(tǒng)的軸向剛性4)熱變形5 ）絲杠的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)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1. 直線導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)精度：1） 運(yùn)動(dòng)精度

12、： a：滑塊頂面中心對(duì)導(dǎo)軌基準(zhǔn)底面的平行度；基準(zhǔn)側(cè)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(duì)導(dǎo)軌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(gè)滑塊頂面高度H的變動(dòng)量； c：與導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面同側(cè)的滑塊側(cè)面對(duì)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(gè)滑塊側(cè)面對(duì)導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面W1的變動(dòng)量。3） 導(dǎo)軌上有超過兩個(gè)以上的導(dǎo)軌，只檢驗(yàn)首尾兩個(gè)滑塊，中間的不做W1檢驗(yàn)，但中間的W1應(yīng)小于首尾的 W1。2. 選擇：1-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)鍵因素之一2- 確定軌長。這個(gè)長度是軌的總長，不是行程。全長 =有效行程 +滑塊間距（ 2個(gè)

13、以上滑塊） +滑塊長度滑塊數(shù)量 + 兩端的安全行程，如果增加了防護(hù)罩，需要加上兩端防護(hù)罩的壓縮長度。3- 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(diǎn)，但是寬一點(diǎn)，安裝孔是貫穿螺紋孔，后者高一點(diǎn)，窄一點(diǎn)，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(gè)安裝孔?；瑝K的數(shù)量應(yīng)由用戶通過計(jì)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。4- 確定精度等級(jí)。任何廠家的產(chǎn)品都會(huì)標(biāo)注精度等

14、級(jí)，有些廠家的標(biāo)注比較科學(xué)，一般采用該等級(jí)名稱的第一個(gè)字母，如普通級(jí)標(biāo) N，精密級(jí)標(biāo) P。5- 確定其他參數(shù)除上述 4 個(gè)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(jí)等。預(yù)壓等級(jí) 高的表示滑塊和滑軌之間的間隙小或?yàn)樨?fù)間隙，預(yù)壓等級(jí)低的反之。感官區(qū)別就是等級(jí)高的滑塊滑動(dòng)阻力大，等級(jí)低的阻力小。表示方法得看廠家選型樣本，等級(jí)數(shù)有3 級(jí)的，也有5 級(jí)的。等級(jí)的選擇要看用戶的實(shí)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(jí)高一點(diǎn)的，反之選低一點(diǎn)。提示：1-預(yù)壓等級(jí)與質(zhì)量無關(guān)，2預(yù)壓等級(jí)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1.尺寸鏈在機(jī)

15、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。2.環(huán)列入尺寸鏈中的每一個(gè)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， 等表示。3.封閉環(huán)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。4. 組成環(huán)尺寸鏈中對(duì)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。5. 增環(huán)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)。6. 減環(huán)尺寸鏈中某一類組成環(huán)，當(dāng)其他

16、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)。7. 補(bǔ)償環(huán)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(bǔ)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)的下偏差所有減環(huán)的上偏差。1退火 ：指金屬材料加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定的時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝（隨爐冷卻）。

17、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，以利切削加工或壓力加工，減少殘余應(yīng)力，提高組 織和成分的均勻化，或?yàn)楹蟮罒崽幚碜骱媒M織準(zhǔn)備等。2正火 ：指將鋼材或鋼件加熱到或（鋼的上臨界點(diǎn)溫度）以上，30 50保持適當(dāng)時(shí)間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。正火的目的：主要是提高低碳鋼的力學(xué)性能，改善切削加工性，細(xì)化晶粒，消除組織缺陷，為后道熱處理作好組織準(zhǔn)備等。3淬火 ：指將鋼件加熱到Ac3或 Ac1 （鋼的下臨界點(diǎn)溫度）以上某一溫度，保持一定的時(shí)間，然后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理工藝。常見的淬火工藝有鹽浴淬火，馬氏體分級(jí)淬火，貝氏體等溫淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度，強(qiáng)度和耐磨性，為后道熱處理作好組織準(zhǔn)備等。4回火 ：指鋼件經(jīng)淬硬后，再加熱到 Ac1 以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。常見的回火工藝有：低溫回火，中溫回火，高溫回火和多次回火等?；鼗鸬哪康模褐饕窍摷诖慊饡r(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力，使鋼件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韌性等。5調(diào)質(zhì) ：指將鋼材或鋼件進(jìn)行淬火及高溫回火的復(fù)合熱處理工藝。使用于調(diào)質(zhì)處理的鋼稱調(diào)