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1 引言
现代机电行业中经常会碰到一些复杂的运动,这对电机的动力荷载有很大影响。伺服驱动装置是许多机电系统的核心,因此,伺服电机的选择就变得尤为重要。首先要选出满足给定负载要求的电动机,然后再从中按价格、重量、体积等技术经济指标选择最适合的电机。设计时进给伺服电机的选择原则是:首先根据转矩-速度特性曲线检查负载转矩,加减速转矩是否满足要求,然后对负载惯量进行校合,对要求频繁起动、制动h的电机还应对其转矩均方根进行校合,这样选择出来的电机才能既满足要求,又可避免由于电机选择偏大而引起的问题。; 本文主要叙述了针对VMC750立式加工中心的功能要求和规格参数,对各轴的伺服电动机进行计算选择,确定FANUC伺服电动机的型号和规格大小,并给出
数据表。同时在论文中简述了各数据的计算公式以及数据计算例子。让读者能够直观的了解VMC750的伺服电机的数据信息,并知道如何根据一台加工中心的功能要求和规格参数进行数据计算,来选择合适的伺服电机。;2.选择电动机时的必要计算
在伺服电机选型计算当中其主要数据包括:负载/电机惯量比,加减速力矩,切削负载转矩,连续过载时间等几方面的内容,本节内容便为大家简述了以上重要数据的计算方式。
2.1负载/电机惯量比
正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前提,此点在要求高速高精度的系统上表现尤为突出,伺服系统参数的调整跟惯量比有很大的关系,若负载电机惯量比过大,伺服参数调整越趋边缘化,也越难调整,振动抑制能力也越差,所以控制易变得不稳定;在没有自适应调整的情况下伺服系统的默认参数在1~3倍负载电机惯量比下,系统会达到最佳工作状态,; 这样,就有了负载电机惯量比的问题,也就是我们一般所说的惯量匹配,如果电机惯量和负载惯量不匹配,就会出现电机惯量和负载惯量之间动量传递时发生较大的冲击;
下面分析惯量匹配问题。
TM-TL=(JM+JL)α(1)
式中,TM———电机所产生的转矩;
TL———负载转矩;
JM———电机转子的转动惯量;
JL———负载的总转动惯量;
α———角加速度。;2.2加减速力矩
伺服电机除连续运转区域外,还有短时间内的运转特性如电机加减速,用最大转矩表示;即使容量相同,最大转矩也会因各电机而有所不同。最大转矩影响驱动电机的加减速时间常数[7],使用公式(3),估算线性加减速时间常数ta,根据该公式确定所需的电机最大转矩,选定电机容量。
ta=(JL+JM)n95.5×(0.8Tmax-TL)(3)
式中,n———电机设定速度,r/min;
JL———电机轴换算负载惯量,kg·cm2;
JM———电机惯量,kg·cm2;
Tmax———电机最大转矩,N·m;
TL———电机轴换算负载(摩擦、非平衡)转矩,N·m。;2.3切削负载转矩
在正常工作状态下,切削负载转矩不超过电机额定转矩的80%。连续特性(连续实效负载转矩)对要求频繁起动、制动的数控机床,为避免电机过热,必须检查它在一个周期内电机转矩的均方根值,并使它
小于电机连续额定转矩,其具体计算可参考其它文献。在选择的过程中依次计算此五要素来确定电机型号,如果其中一个条件不满足则应采取适当的措施,如变更电机系列或提高电机容量等
2.4 连续过载时间
连续过载时间应限制在电机规定时问之内。但是,Tc若小于了Tms则勿需对此项进行检验。
Tlam≤TMon,
式中TLam——连续过载时间,minTMON——电机规定过载时问,min;3VMC750立式加工中心伺服电机的选择
选择电机时的计算条件叙述VMC750立式加工中心伺服轴(见图3-1-1)的电机选择步骤。;Fc:由切削力产生的推进阻力:500kgf
Fcf:由切削力矩产生的工作台对滑动表面的压力:25kgf;3.1惯量匹配计算
为使伺服进给系统的进给执行部件具有快速相应能力,必须选用加速能力大的电动机,亦即能够快速响应的电机(如采用大惯量伺服电机),但又不能盲目追求大惯量,否则由于不能从分发挥其加速能力,会不经济的。因此必须使电机惯量与进给负载惯量有个合理的匹配。
通常在电机惯量与负载惯量(折算至电动机轴)或总惯量之间,推荐下列匹配关系:
或 或;3.1.1回转的惯量:回转体:(kg.)
----回转体材料的密度
D-----回转体直径
L-----回转体长度
g-----重力加速度
有台阶的回转体,按每段计算后相加
3.1.2直线运动物体的惯量
W----直线运动物体的重力;L----电机转一圈时物体移动的距离,如电机与丝杠直联推倒过程:根据能量守恒定律
丝杠转一圈时:
于是得:
齿轮传动惯量转换:;负载折算到电机轴上的转动惯量:;3.2加减速力矩;Ta=(Vm
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