加工行業(yè)中交流伺服電機如何選型及計算？伺服電機提升機床定位精度介紹,！

加工中心通常采用閉環(huán)控制或半閉環(huán)控制,對伺服驅(qū)動安裝的性能提出了更高的請求,。隨著現(xiàn)代加工中心向高速度、高精度和高牢靠性方向開展,交流伺服電機已取代直流伺服電機普遍應(yīng)用在加工中心的進給傳動系統(tǒng)上,。欲使交流伺服電機得到合理運用并充分發(fā)揮電機的性能,則必需在加工中心設(shè)計時對電機停止正確的選型與計算,。

1交流伺服電機的工作特性目前,在加工中心進給傳動中運用的伺服電機主要是永磁式交流伺服電機,其工作特性曲線如圖1所示,。電機的工作區(qū)域被劃分為連續(xù)工作和連續(xù)工作兩個區(qū)域,在連續(xù)工作區(qū)內(nèi),電機任何轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的組合都能夠使電機長時間穩(wěn)定連續(xù)運轉(zhuǎn);固然在該區(qū)域內(nèi)隨著電機轉(zhuǎn)速的升高,轉(zhuǎn)矩略有降落,但降落的幅度不大,根本上是恒轉(zhuǎn)矩輸出。與直流伺服電機相比,永磁式交流伺服電機的機械特性更硬,連續(xù)工作區(qū)的范圍更大而且不封頂,有利于進步電機的加,、減速才能,。電機.T/(Nm)EFn/(r/min)永磁式交流伺服電機工作特性曲線主要技術(shù)參數(shù)包括:

1)額定轉(zhuǎn)矩:是指電機在額定轉(zhuǎn)速下所能輸出的長時間工作轉(zhuǎn)矩。通常折算到電機軸上的負載力矩應(yīng)小于電機的額定轉(zhuǎn)矩,。
2)瞬時最大轉(zhuǎn)矩:是指電機在短時間內(nèi)可輸出的最大轉(zhuǎn)矩;它反映了電機瞬時過載才能,。從電機的工作特性曲線能夠看出,永磁式交流伺服電機的瞬時轉(zhuǎn)矩能夠到達很大的數(shù)值,并且能夠是額定轉(zhuǎn)矩數(shù)倍;因而,折算到電機軸上的最大加速力矩應(yīng)小于電機提供的瞬時轉(zhuǎn)矩。
3)轉(zhuǎn)動慣量:是對電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時慣性的度量,。交流伺服電機的轉(zhuǎn)子慣量較直流伺服電機小,故允許電機高速工作,。
4)額定轉(zhuǎn)速:是指電機在額定功率條件下運轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)速,有時也稱額定轉(zhuǎn)速為電機的最高轉(zhuǎn)速。在通常狀況下,交流伺服電機的調(diào)速范圍都在額定轉(zhuǎn)速以下,。
5)額定功率:是指電機在額定狀態(tài)下電機軸輸出功率的額定值,是電機長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)所能輸出的最大功率,。其值大約為電機額定轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)矩的乘積。電機在額定功率條件下工作,能夠長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)而不致過熱;否則,電機將產(chǎn)生過熱,而長時間過熱則有燒壞電機的風(fēng)險,。

2電機軸上產(chǎn)生的最大負載力矩
2.1負載力矩1)切削負載力矩Tc(Nm):由切削分力產(chǎn)生,可按式(1)計算,。Tc=FaLp2i(1)式中:Fa為在切削狀態(tài)下滾珠絲杠的軸向負載力,N;Lp為電機每轉(zhuǎn)一圈,機床執(zhí)行部件在軸向挪動的間隔,m;為進給傳動系統(tǒng)的總效率,取=0.90;i為進給傳動系統(tǒng)的降速比。
2)摩擦負載力矩Tu(Nm):由導(dǎo)軌摩擦力產(chǎn)生,可按式(2)計算,。Tu=Fa0Lp2i(2)式中:Fa0為為空載時的導(dǎo)軌摩擦力,N,。
3)附加負載力矩Tf(Nm):由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生,可按式(3)計算。Tf=FpL02i(1-20)(3)式中:Fp為滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力,N;L0為滾珠絲杠的根本導(dǎo)程,m;0為滾珠絲杠的效率,取0=0.98。
2.2最大負載力矩T由于機床在空載進給(快進)和切削進給(工進)時的負載狀況不同,所以空載進給(快進)時的最大負載力矩TKJ和切削進給(工進)時的最大負載力矩TGJ分別按式(4a),、(4b)計算,。TKJ=Tu+Tf(4a)TGJ=Tc+Tf(4b)3電機軸上所需的最大加速力矩
3.1加速力矩1)直線加速力矩Tal(Nm):是機床執(zhí)行部件按線性規(guī)律加速產(chǎn)生的力矩,可按式(5)計算,。Tal=nmax3ta(Jm+JL)(1-e-ksta)10-5(5)式中:nmax為執(zhí)行部件以最快速度挪動時所對應(yīng)的電機最高轉(zhuǎn)速,r/min;Jm為電機的轉(zhuǎn)動慣量,kgcm2;JL為負載慣量,kgcm2;ks為伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益,Hz;對輪廓控制通常取ks=20Hz;ta為加速時間,s;取ta=3/k

伺服電機在提升機床定位精度中的設(shè)計與應(yīng)用

引言數(shù)控機床自動控制系統(tǒng)所發(fā)出的控制指令是經(jīng)過進給驅(qū)動伺服電機轉(zhuǎn)動銜接機械執(zhí)行部件,最終完成機床精準的進給運動和定位,。數(shù)控機床的進給驅(qū)動系統(tǒng)是一種位置隨動與定位系統(tǒng),表現(xiàn)為伺服電機能快速、精確地執(zhí)行由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的運動命令信號輸出,準確地控制機床進給傳動鏈的坐標運動,。伺服電機的響應(yīng)控制與銜接機械執(zhí)行部件在一定水平上決議了數(shù)控機床的運用性能,如高精細機床,請求納米級伺服電機,。機床的最高挪動速度、輪廓跟隨速度,、還有機床定位精度等,。為了完成機床的高速、高精加工等性能與之配套的功用部件如電主軸,、直線電機,、伺服電機等得到了快速開展,應(yīng)用范疇進一步擴展。伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制,電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速,能快速反響,速度,、位置精度十分精確,。因而在數(shù)控機床的定位精度中,用作執(zhí)行元件,具有機電時間常數(shù)小、線性度高等特性,對提升機床的定位精度十分關(guān)鍵,。本文以FANUC伺服電機為例研討設(shè)計在提升機床定位精度中的應(yīng)用,。
1 FANUC伺服電動機
1.1電機引見伺服電機的某一實物。
(1)是電機編碼器的插頭;
(2)為電機的動力線插頭;
(3)為電機的型號;
(4)電機的抱閘線插頭(不帶抱閘的電機沒有此插頭),。
1.2伺服電動機的特性
(1)高速和高加速度,。高速性能好,普通額定轉(zhuǎn)速能到達2000~3000。
(2)高精度,。準確的控制電機的轉(zhuǎn)動,完成了位置,速度和力矩的閉環(huán)控制,完成準確的定位,能夠到達0.001mm,。
(3)低噪音,低污染,高效節(jié)能。

2 FANUC伺服電機設(shè)計原理[1]FANUC主要設(shè)計運用的伺服電動機有兩種:一用于主軸驅(qū)動的交流感應(yīng)異步電動機,。二用于伺服驅(qū)動的交流永磁同步電動機,。(圖2)感應(yīng)電動機的優(yōu)勢是有效控制電動機在額定轉(zhuǎn)速區(qū)間工作,輸出額定速度范圍內(nèi)的恒功率。在數(shù)控機床中恒功率特性常被用于穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速輸出比方主軸驅(qū)動,主軸刀具切削進給時需求穩(wěn)定的功率輸出,。

普通主軸電動機的規(guī)格以功率表示,例如主軸電動機標牌為a22表示該主軸電動機的功率為22kW,。同步電動機[1]轉(zhuǎn)子采用永磁體,加之高分辨率編碼器,跟蹤電動機轉(zhuǎn)子實時旋轉(zhuǎn)角度并反應(yīng)給數(shù)控系統(tǒng),經(jīng)過位置環(huán)、速度環(huán),、電流環(huán)控制保證轉(zhuǎn)子的高精度同步定位,完成了低速大扭矩及高精度同步旋轉(zhuǎn)的恒轉(zhuǎn)矩特性,這一特性在數(shù)控機床中被用于伺服電動機驅(qū)動,。伺服電動機規(guī)格以扭矩表示,例如伺服電動機標牌為a 2.2表示該伺服電動機扭矩為22N·m(牛·米),。扭矩T與功率P之間的關(guān)系為Tω=P由于ω(弧度秒)=2πn/60(轉(zhuǎn)/分)所以得出關(guān)系式T=9550P/n其中扭矩T的計量單位為?！っ?功率P的計量單位為千瓦,轉(zhuǎn)速n的計量單位為轉(zhuǎn)/分。(China National Heavy Duty Truck Gear Co.,Ltd.,Datong 037000,China)兩種伺服電機的設(shè)計工作原理是有相同之處,兩種均是經(jīng)過定子磁場的旋轉(zhuǎn)帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),控制定子磁場旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動電路原理是相同的,大多采用脈寬調(diào)制處置,。不同之處是在反應(yīng)電路處置和位置環(huán)控制上,選擇功用性差異適用不同的定位請求,。

3 FANUC伺服電動機的銜接TC1為三相伺服控制變壓器,電路動力電源為三相380V經(jīng)過伺服控制變壓器轉(zhuǎn)換成三相200V后提供到X軸,、Z軸伺服電機驅(qū)動單元的L1、L2,、L3端子,提供了伺服單元的控制電路電源,。外部24V直流穩(wěn)壓電源銜接到控制系統(tǒng)X軸伺服單元的接口CXA19A,X軸伺服單元的接口CXA19B銜接到Z軸伺服單元的接口CXA19A,經(jīng)過A-B互相串聯(lián)接口傳輸,提供伺服單元的控制電路的輸入電源。