在數(shù)控機床設計中伺服電機的選取方法-

1、 M ac hine B uildingA uto mation,A ug 2008,37(4:5758作者簡介:周志紅(1978,男,碩士研究生,湖南岳陽人,主要研究方向為機械設計制造及自動化。在數(shù)控機床設計中伺服電機的選取方法周志紅,文懷興(陜西科技大學,陜西西安710021摘要:國內(nèi)部分中小型機床生產(chǎn)企業(yè)在伺服電機選取問題上通常采用經(jīng)驗法與類比法,而無理論計算支持。根據(jù)這一情況,結合一特定模型來說明數(shù)控機床設計中伺服電機的選取問題,在一定程度上,提高了機床設計的成功率。關鍵詞:伺服電機;轉動慣量;轉矩中圖分類號:T M383.4文獻標識碼:B 文章編號:167125276(2008042

2、0057202Selecti ve M ethod of Servo M otor i n D esi gn of NC M ach i n e ToolZ HOU Zhi 2hong,W E N Huai 2xing(Shaa nxiU n i ve rsity o f Sc i e nce &Techno l o gy,Xi a n 710021,C h i na Abstract:Som e dom e s ti c m a ch i ne t oo l p r oduce rs o ften choo se the se rvo m o t o r acco rdi ng t

3、o the ir e xpe ri ence s &ana l o gy w ith ou tthe suppo rt o f theo re ti ca l ca l cu l a ti o n.To so l ve th is p r ob l em ,the p ape r i ntr o duce s how t o choo se the se rvo m o t o r i n the de s i gn o f NC m a ch i ne t oo l ba se d on a sp ec i a l ki nd o f m o de l .The m e thod r

4、e dounds t o enhance the succe s s p r o bab ility o f de s i gn i ng NC m a chi ne t o a ce rta i n exte n t .Key words:se rvo m o t o r;r o t o r i ne rti a;t o rque0引言隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展,帶動了國內(nèi)市場對機床工具的需求,刺激了我國機床工具市場的發(fā)展1。國內(nèi)涌現(xiàn)一批機床生產(chǎn)企業(yè),這其中有一大部分為中小型企業(yè),他們在伺服電機選取上通常采用經(jīng)驗法與類比法,不涉及理論的計算校核,從而使產(chǎn)品設計成功率大打折扣,影響了新品的上市時間。本

5、文以安川伺服電機為例,結合一特定結構模型來分析在數(shù)控機床設計中伺服電機的選取問題。1結構模型參數(shù)的建立先設定一機械結構模型:滾珠絲杠通過軸承與前后支持座裝配固定,伺服電機通過聯(lián)軸器實現(xiàn)與滾珠絲杠直聯(lián),直線運動部件有工作臺和工件,具體結構和運動情形見圖1和圖2所示。結構模型參數(shù):負載速度:V l =10m /m in;直線運動部分(工作臺與工件質量:M =200kg;滾珠絲杠的有效長度:L B =018m;滾珠絲杠的的直徑:D B =01025m;滾珠絲杠導程:P B =01005m;聯(lián)軸器質量:M C =015kg;聯(lián)軸器的外徑:D C =0108m;定位頻率:n =30次/m in;定位長度

6、:l =012m;定位時間:t m =114s;摩擦系數(shù):=011;機械傳動效率:=019。根據(jù)速度線圖知:循環(huán)時間t =60n =6030=2s 。此例中設定:加速度時間與減速時間相同,即t a =t d ;圖1 結構模型圖2速度線圖在伺服系統(tǒng)中,濾波器設定(FI L =0中整定時間約為t s=011s 。由此可推算出:75 htt p:ZZHD.chinaj ournal .net .cn E 2mail:ZZHDchainaj ournal .net .cn 機械制造與自動化加速時間:t a =t d =t m -t s -60×l V l=114-011-60×01

7、210=011s;恒速時間:t c =t m -t s -t a -t d =114-011-011-011=111s 。2計算步驟22.1轉速的計算通過上述結構模型參數(shù),我們可計算出滾珠絲杠轉速(N l 與電機軸轉速(N M 。滾珠絲杠轉速:N l =V 1P B=1001005=2000r/m in 。因采用聯(lián)軸器與滾珠絲杠直聯(lián)的方式,則電機軸轉速N M=N l 。2.2滾珠絲杠換算轉矩(T L T L =918M P B 2=011×918×200×010052×01901173N m2.3電機軸換算轉動慣量(J M 的計算在此模型中,電機軸換算轉

8、動慣量包含兩部分:直線運動部件將其慣量折算成旋轉物體的轉動慣量與滾珠絲杠、聯(lián)軸器的轉動慣量:滾珠絲杠:J B =32L B D 4B =32×718×103×018×(01025401239×10-3kg m2聯(lián)軸器:J C =M c D 2c 8=0.5×010828014×10-3kg m2直線運動的物體將其慣量折算成旋轉物體的轉動慣量:J L =MP B22=200×010052201127×10-3kg m 2。電機軸換算轉動慣量:J M =J B +J C +J L =01239×10

9、-3+014×10-3+01127×10-3=01766×10-3kg m 2。2.4負載運行功率的計算從模型的運動速度線圖可以看出,負載運行功率在該模型中分負載恒速運行功率與負載加減速運行功率。負載恒速運行功率:P 0=2N M T L 60=2×2000×01173603612W負載加減速運行功率:P a =2N M 602J M t a =2×2000602×01766×10-301133517W2.5伺服電機的初步選型選型的條件:a T L 電機額定轉矩;b P O +P a =(12×電機額定輸

10、出;c N M 電機額定轉速;d J M 伺服單元的容許負載轉動慣量。綜合上述,所選的伺服電機及伺服單元要同時滿足以上四個條件:由此從安川樣本上初步選取伺服電機及伺服單元:伺服電機為SJ ME 208AMA4,伺服單元為S JDE 208AP A 。其技術規(guī)格如下:額定輸出:750W ;額定轉速:3000r/m in;最高轉速:5000r/m in;額定轉矩:2139N m;瞬間最大轉矩:7116N m;電動機轉動慣量:115×10-4kg m 2;伺服單元容許負載轉動慣量:10×10-4kg m 2。2.6對初步選型的伺服電機的核算對初步選型的伺服電機的核算主要從以下三個

11、方面進行3:a 所需啟動轉矩(T P 的校核:T P =2N M (J M +J 60t a+T L 11917+01173=2109N m 7116N m =瞬間最大轉矩J 為電動機轉動慣量b 所需制動轉矩(T S 的校核:T S =2N M (J M +J 60t a-T L 11917-01173=11744N m 7116N m =瞬間最大轉矩c 轉矩有效值(Tr m s 的校核:Tr m s =T 2p t a +T 2L t c +T 2s t dt01743N m 2139N m =額定轉矩經(jīng)以上三方面的校核,可知所選取的伺服電機、伺服單元滿足使用要求。3結語通過上述理論計算校核,我們在設計過程中能選擇最合適的產(chǎn)品,避免了因經(jīng)驗方法及類比法造成整臺機器設計不足的情況:伺服電機、伺服單元