伺服電機、步進電機、絲杠、導(dǎo)軌的計算選擇

1、伺服電機、步進電機、絲杠、導(dǎo)軌的計算選擇伺服電機的選擇伺服電機： 伺服主要靠 脈沖 來定位，伺服電機接收到 1 個脈沖，就會旋轉(zhuǎn) 1個脈沖對應(yīng)的角度， 從而實現(xiàn)位移；可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為 轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的 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，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)） 。閉環(huán)半閉環(huán)： 格蘭達的設(shè)備用伺服電機都是半閉環(huán)，只是編碼器發(fā)出多少個脈沖，無法進行反饋值和目標(biāo)值的比較；如是閉環(huán)則使用光柵尺進行反饋。開環(huán)步進電機：則沒有

2、記憶發(fā)出多少個脈沖。伺服：速度控制、位置控制、力矩控制增量式伺服電機：是沒有記憶功能，下次開始是從零開始；絕對值伺服電機：具有記憶功能，下次開始是從上次停止位置開始。伺服 電機 額定 速度 3000rpm，最 大 速度 5000 rpm ；加速度一般設(shè) 0.05 0.5s計算內(nèi)容：負(fù)載 ( 有效 ) 轉(zhuǎn)矩 T伺服電機 T的額定轉(zhuǎn)矩負(fù)載慣量 J/ 伺服電機慣量 J 10 (5 倍以下為好 )加、減速期間伺服電機要求的轉(zhuǎn)矩 伺服電機的最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)速 電機額定轉(zhuǎn)速伺服電機：編碼器 分辨率 2500puls/ 圈；則控制器發(fā)出2500個脈沖，電機轉(zhuǎn)一圈。1. 確定機構(gòu)部。另確定各種機構(gòu)零件 （絲杠的

3、長度、導(dǎo)程和帶輪直徑等）細節(jié)。典型機構(gòu)：滾珠絲杠機構(gòu)、皮帶傳動機構(gòu)、齒輪齒條機構(gòu)等確定運轉(zhuǎn)模式。 （加減速時間、勻速時間、停止時間、循環(huán)時間、移動距離）運轉(zhuǎn)模式對電機的容量選擇影響很大，加減速時間、停止時間盡量取大，就可以選擇小容量電機計算負(fù)載慣量 J和慣量比（ x10 -4 kg. ?2 ）。 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式計算慣量比。負(fù)載慣量 J/ 伺服電機慣量 J 10單位（ x10-4 kg. ?2 ）計算負(fù)載慣量后預(yù)選電機，計算慣量比計算轉(zhuǎn)速 N【r/min 】。 根據(jù)移動距離、加速時間 ta 、減速時間 td 、勻速時間 tb 計算電機轉(zhuǎn)速。計算最高速度 Vmax1x ta x Vmax+ tb x

4、 Vmax2+1x td x Vmax= 移動距離則得 Vmax=0.334m/s（假2設(shè)）則最高轉(zhuǎn)速：要轉(zhuǎn)換成N【r/min 】，1 ）絲桿轉(zhuǎn) 1圈的導(dǎo)程為 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=16.7 x 60 = 1002（r/min（r/s ） 3000( 電機額定轉(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

5、額定轉(zhuǎn)速)計算轉(zhuǎn)矩 T【N . m 】。 根據(jù)負(fù)載慣量、加減速時間、勻速時間計算電機轉(zhuǎn)矩。計算移動轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩、減速轉(zhuǎn)矩確認(rèn)最大轉(zhuǎn)矩：加減速時轉(zhuǎn)矩最大 電機最大轉(zhuǎn)矩確認(rèn)有效轉(zhuǎn)矩： 有效（負(fù)載）轉(zhuǎn)矩 Trms 電機額定轉(zhuǎn)矩選擇電機。 選擇能滿足 35項條件的電機。轉(zhuǎn)矩 N.m ：1）峰值轉(zhuǎn)矩：運轉(zhuǎn)過程中（主要是加減速）電機所需要的最大轉(zhuǎn)矩；為電機 最大轉(zhuǎn)矩 的80%以下。2）移動轉(zhuǎn)矩、停止時的保持轉(zhuǎn)矩：電機長時間運行所需轉(zhuǎn)矩；為電機額定轉(zhuǎn)矩 的80%以下。3）有效轉(zhuǎn)矩：運轉(zhuǎn)、停止全過程所需轉(zhuǎn)矩的平方平均值的單位時間數(shù)值；為電機 額定轉(zhuǎn)矩 的80%以下。Ta 2 x ta+Tf 2x tb+Td

6、 2 x tdTrms = tcTa ：加速轉(zhuǎn)矩 ta:加速時間 Tf ：移動轉(zhuǎn)矩 tb：勻速時間Td ：減速轉(zhuǎn)矩td ：減速時間tc：循環(huán)時間2. 轉(zhuǎn)速：最高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時電機的最高轉(zhuǎn)速：大致為額定轉(zhuǎn)速以下；（最高轉(zhuǎn)速時需要注意轉(zhuǎn)矩和溫度的上升）慣量：保持某種狀態(tài)所需要的力步進電機步進電機 ：是將電 脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率 來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機的最大速度 6001200rpm 加速度一般設(shè)0.1s1s1.確定驅(qū)動機械結(jié)構(gòu)2. 確定運動曲線3.計算

7、負(fù)荷轉(zhuǎn)矩4.計算負(fù)荷慣量5.計算啟動轉(zhuǎn)矩6.計算必須轉(zhuǎn)矩7.電機選型8.選型電機驗算9.選型完成選定電機：負(fù)載慣量 J/ 伺服電機慣量 J負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T在最大脈沖速度 f0 時，離開轉(zhuǎn)矩（是不是必須轉(zhuǎn)矩） 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T步進選型計算見（ KINCO 步進選型中 12頁的例題）伺服選型計算見（松下伺服選型計算伺服電機選型方法）1千克米 (kg m) 9.8 牛頓米 (Nm)。脈沖當(dāng)量 （即運動精度） &= Cxi 0.05200 xm(0.05為重復(fù)定位精度)200為兩相步進電機的脈沖數(shù)m為細分?jǐn)?shù)200=360/1.8i減速比 1/xC電機轉(zhuǎn)一圈的周長無減速比電機轉(zhuǎn)一圈絲杠走一個導(dǎo)程電機轉(zhuǎn)速（ r/

8、s ） V=PP 為脈沖頻率(360/1.8)xm例 :已知齒輪減速器的傳動比為1/16，步進電機步距角為1.5 ，細分?jǐn)?shù)為 4細分，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為 4mm 。問：脈沖當(dāng)量是多少？脈沖當(dāng)量 是每一個脈沖滾珠絲杠移動的距離滾珠絲杠導(dǎo)程為4mm ，滾珠絲杠每轉(zhuǎn) 360滾珠絲杠移動一個導(dǎo)程也就是4mm那么每一度移動（4/360）mm電機 4細分，步距角為 1.5 ，則每一個脈沖，步進電動機轉(zhuǎn)1.5/4那么一個脈沖，通過減速比，則絲杠轉(zhuǎn)動（1.5/4） * （1/16）度那么每個脈沖滾珠絲杠移動距離（及脈沖當(dāng)量）& ：Cxi&= （ 1.5/4） * （1/16） * （4/360） =0.00

9、03mm 或者 &= 200 xm=60*1000*v/(N/A)1.Ph:絲桿導(dǎo)程 mm2.V ：預(yù)定的最高進給速度m/s 3.N ：馬達使用轉(zhuǎn)速 rpm 4.A ：減速比直徑。（負(fù)載確定直徑） 動載荷、靜載荷；計算推力，一般只看動載荷軸向負(fù)荷的計算： u摩擦系數(shù)； a=Vmax/t 加速度；加減速時間；水平時：加速時承受最大軸向載荷，減速時承受最小載荷；垂直時：上升時承受最大軸向載荷，下降時承受最小載荷；加速時（上升） N：Fmax=u*m*g+f-m*a 2. 減速時（下降）N：Fmin=u*m*g+f-m*a 3. 勻速時 N：F勻 =u*m*g+fu因螺桿軸 直徑越細，螺桿軸的容許軸

10、向負(fù)荷越小長度 。（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，比如護套，需要把護套的伸縮比值（一般是 1：8，即護套的最大伸長量除以 8）考慮進去。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 *103 /Ph用轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速）N1=r *（d1/ l2 ）* 107許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)速剛度的選擇 9. 選擇馬達驗證

11、：剛度驗證、精度等級的驗證、壽命選擇、驅(qū)動轉(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；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 eum），ep=2*（Lu/300 ）* V300=C ；任意 300mm行程內(nèi)行程變動量V300(um)， V300=定位精度： 1）. 導(dǎo)程精度 2 ）. 軸向間隙 3 ）傳動系統(tǒng)的軸向剛性 4) 熱變形 5

12、 ）絲杠的運動姿勢重復(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)軌的選擇直線導(dǎo)軌的運動精度：1） 運動精度： a：滑塊頂面中心對導(dǎo)軌基準(zhǔn)底面的平行度； b: 與導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面同側(cè)的滑塊側(cè)面對導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面的平行度。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：同一平面上多個滑塊頂面高度 H的變動量；c：與導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面同側(cè)的滑塊側(cè)面對導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面間距離 W1的極限偏差； d: ：同一導(dǎo)軌上多個滑塊側(cè)面對導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面 W1的變動量。3） 導(dǎo)軌上有超過兩個以上的導(dǎo)軌，只檢驗首尾兩個滑塊，中間的不做 W1檢驗，但中間的 W1應(yīng)小于首尾的 W1。選擇：1- 確定軌寬。

13、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。這個長度是軌的總長，不是行程。全長 =有效行程 +滑塊間距（2個以上滑塊） +滑塊長度滑塊數(shù)量 +兩端的安全行程，如果增加了防護罩，需要加上兩端防護罩的壓縮長度。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，但是寬一點，安裝孔是貫穿螺紋孔，后者高一點，窄一點，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個安裝孔?；瑝K的數(shù)量應(yīng)由用戶通過計算確定，在此只推薦一條

14、：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。任何廠家的產(chǎn)品都會標(biāo)注精度等級，有些廠家的標(biāo)注比較科學(xué)，一般采用該等級名稱的第一個字母，如普通級標(biāo) N，精密級標(biāo) P。5- 確定其他參數(shù)除上述 4 個主要參數(shù)外，還有一些參數(shù)需要確定，例如組合高度類型、預(yù)壓等級等。預(yù)壓等級高的表示滑塊和滑軌之間的間隙小或為負(fù)間隙，預(yù)壓等級低的反之。感官區(qū)別就是等級高的滑塊滑動阻力大，等級低的阻力小。表示方法得看廠家選型樣本，等級數(shù)有 3 級的，也有 5 級的。等級的選擇要看用戶的實際使用場合， 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)壓等級高一點

15、的，反之選低一點。提示： 1- 預(yù)壓等級與質(zhì)量無關(guān)， 2預(yù)壓等級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)語尺寸鏈在機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。環(huán)列入尺寸鏈中的每一個尺寸稱為環(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。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。組成環(huán)尺寸鏈中對封閉環(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。增環(huán)尺寸鏈中某一類組成

16、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)。減環(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)的減小而減小，則該組成環(huán)為減環(huán)。補償環(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)達到規(guī)定的要求，該組成環(huán)為補償環(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

17、環(huán)的上偏差。1退火：指金屬材料加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定的時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝（隨爐冷卻）。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，或為后道熱處理作好組織準(zhǔn)備等。2正火：指將鋼材或鋼件加熱到或 （鋼的上臨界點溫度）以上， 3050保持適當(dāng)時間后，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

18、界點溫度）以上某一溫度，保持一 定的時間，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。回火的目的：主要是消除鋼件在淬火時所產(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