|
伺服电机的选择
伺服电机：
伺服主要靠脉冲
来定位，伺服电机接收到
1
个脉冲，就会旋转
1
个脉冲对应的角度，从而实现位移；
可以将电压
信号转化为转矩
和转速以驱动控制对象。
伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W
三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号
给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
闭环半闭环
：
格兰达的设备用伺服电机都是半闭环，只是编码器发出多少个脉冲，无法进行反馈值和目标值的比较；如是闭环则使用光栅尺进行反馈。
开环
步进电机：则没有记忆发出多少个脉冲。
伺服：
速度控制、位置控制、力矩控制
增量式
伺服电机：是没有记忆功能，下次开始是从零开始；
绝对值
伺服电机：具有记忆功能，下次开始是从上次停止位置开始。
伺服电机额定速度3000rpm
，最大速度5000 rpm
；
加速度一般设0.05 ~~ 0.5s
计算内容：
1.
负载(有效)转矩T<伺服电机T的额定转矩
2.
负载惯量J/伺服电机惯量J< 10 (5倍以下为好)
3.
加、减速期间伺服电机要求的转矩 < 伺服电机的最大转矩
4.
最大转速<电机额定转速
伺服电机：编码器分辨率2500puls/圈；则控制器发出2500个脉冲，电机转一圈。
1.
确定机构部
。 另确定各种机构零件（丝杠的长度、导程和带轮直径等）细节。
典型机构：滚珠丝杠机构、皮带传动机构、齿轮齿条机构等
2.
确定运转模式
。 （加减速时间、匀速时间、停止时间、循环时间、移动距离）
运转模式对电机的容量选择影响很大，加减速时间、停止时间尽量取大，就可以选择小容量电机
3.
计算负载惯量J和惯量比
（x
kg.
）。 根据结构形式计算惯量比。 负载惯量J/伺服电机惯量J< 10 单位（x
kg.
）
计算负载惯量后预选电机，计算惯量比
4.
计算转速N【r/min】
。 根据移动距离、加速时间ta、减速时间td、匀速时间tb计算电机转速。
计算最高速度Vmax
x tax Vmax + tb x Vmax +
x tdx Vmax =
移动距离 则得Vmax=0.334m/s（假设）
则最高转速：要转换成N【r/min】，
1）丝杆转1圈的导程为Ph=0.02m（假设） 最高转速Vmax=0.334m/s（假设
N = Vmax/Ph = 0.334/0.02=16.7
（r/s）
= 16.7 x 60 = 1002
（r/min）< 3000(电机额定转速)
2
）带轮转1全周长=0.157m（假设） 最高转速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(电机额定转速)
5.
计算转矩T
【N . m】。 根据负载惯量、加减速时间、匀速时间计算电机转矩。
计算移动转矩、加速转矩、减速转矩
确认最大转矩：加减速时转矩最大 < 电机最大转矩
确认有效转矩：有效（负载）转矩
<
电机额定转矩
6.
选择电机
。 选择能满足3~5项条件的电机。
1.
转矩[N.m]：1）峰值转矩：运转过程中（主要是加减速）电机所需要的最大转矩；为电机最大转矩的80%以下。
2
）移动转矩、停止时的保持转矩：电机长时间运行所需转矩；为电机额定转矩的80%以下。
3
）有效转矩：运转、停止全过程所需转矩的平方平均值的单位时间数值；为电机额定转矩的80%以下。
Ta
：加速转矩 ta:加速时间 Tf：移动转矩 tb：匀速时间 Td：减速转矩 td：减速时间 tc：循环时间
2.
转速：最高转速 运转时电机的最高转速：大致为额定转速以下；（最高转速时需要注意转矩和温度的上升）
3.
惯量：保持某种状态所需要的力
步进电机
步进
电机
：是将电脉冲
信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的
；同时可以通过控制脉冲频率
来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
1.
步进电机的最大速度600~~~1200rpm
加速度一般设0.1s~~~1s
1.
确定驱动机械结构2.
确定运动曲线3.
计算负荷转矩4.
计算负荷惯量5.
计算启动转矩6.
计算必须转矩7.
电机选型8.
选型电机验算9.
选型完成
选定电机：
1.
负载惯量
J/
伺服电机惯量
J< 10 (5
倍以下为好
)
2.
在起动脉冲速度
f1
时，起动转矩
>
负载转矩
T
3.
在最大脉冲速度
f0
时，离开转矩（是不是必须转矩）
>
负载转矩
T
步进选型计算见（
KINCO
步进选型中
12
页的例题）
伺服选型计算见（松下伺服选型计算伺服电机选型方法）
1
千克·
米(kg·m)
＝9.8
牛顿·
米(N·m)
。
脉冲当量
（即运动精度）
&=
<0.05
(0.05
为重复定位精度
) 200
为两相步进电机的脉冲数
m
为细分数
200=360/1.8 i
减速比
1/x
C
电机转一圈的周长
无减速比电机转一圈丝杠走一个导程
电机转速（r/s） V=
P
为脉冲频率
例
:
已知齿轮减速器的传动比为
1/16
，步进电机步距角为
1.5°
，细分数为
4
细分，滚珠丝杠的基本导程为
4mm
。问：脉冲当量是多少？
脉冲当量是每一个脉冲滚珠丝杠移动的距离
滚珠丝杠导程为4mm，滚珠丝杠每转360°滚珠丝杠移动一个导程也就是4mm
那么每一度移动（4/360）mm
电机4细分，步距角为1.5°，则每一个脉冲，步进电动机转1.5/4
那么一个脉冲，通过减速比，则丝杠转动（1.5/4）*（1/16）度
那么每个脉冲滚珠丝杠移动距离（及脉冲当量）&：
&=（1.5/4）*（1/16）*（4/360）=0.0003mm或者&= <0.05
例:必要脉冲数和驱动脉冲数速度计算的示例
下面给出的是一个3相步进电机必要脉冲数和驱动脉冲速度的计算示例。这是一个实际应用例子，可以更好的理解电机选型的计算方法。
1.1 驱动滚轴丝杆
如下图，2相步进电机（1.8°/步）驱动物体运动1秒钟，则必要脉冲数和驱动脉冲速度的计算方法如下：
|
必要脉冲数＝
|
100
10
|
×
|
360°
1.8°
|
×细分数m＝ [脉冲]
|
例
:
精度要求
0.01mm
的雕刻机，导程
5mm
，步进电机驱动器一般用多少细分好呢？
如果确认是“精度”而不是“分辨率”的话，要考虑误差问题。
一，1)、你选择丝杠本身精度要高于0.01mm,
2)、其次电机细分只表示了分辨率，并不等同于电机精度。
假设你丝杠精度0.005mm，那么剩给电机的允许误差也就只有0.005mm了（暂不考虑其他误差因素）
0.005//5*360=0.36，表示你的电机精度要高于0.36度，所以你要选择绝对精度高于0.36度的电机。
二，至于细分，就简单了。
0.01/5*360=0.72；表示步进角0.72度时可达到0.01mm的分辨率
360/0.72=500;表示0.01mm分辨率时，电机一圈500步即可。
在实际使用时，你要尽可能选择细分高些，一方面提高运动平稳性，一方面也提供更高的步进分辨率。
滚珠丝杠的选型
一. 已知条件：UPH、工作台质量m1、行程长度ls、最高速度Vmax、加减速时间t1和t3、
定位精度+-0.3mm/1000mm、往复运动周期、游隙0.15mm
二. 选择项目：丝杠直径、导程、螺母型号、精度、轴向间隙、丝杠支撑方式、马达
三. 计 算：
1.精度和类型。（游隙、轴向间隙）0.15mm，选择游隙在0.15以下的丝杠，查表选择直径32mm以下的丝杠。32mm游隙为0.14mm。
为了满足+-0.3mm/1000mm则，+-0.3mm/1000=x/300 则x=+-0.09mm. 必須選擇± 0.090mm ／ 300mm 以上的導程精度。参照丝杠精度等级，选择C7级丝杠。
丝杠类型：根据机构确定丝杠类型是：轧制或研磨、定位或传动
2.导程。（以直线速度和旋转速度确定滚珠丝杠导程） 导程和马达的最高转速 Ph>=60*1000*v/(N/A) 1.Ph: 丝杆导程mm 2.V：预定的最高进给速度m/s 3.N：马达使用转速rpm 4.A：减速比
3.直径。（负载确定直径）动载荷、静载荷；计算推力，一般只看动载荷
轴向负荷的计算：u摩擦系数；a=Vmax/t 加速度；t加减速时间；
水平时：加速时承受最大轴向载荷，减速时承受最小载荷；垂直时：上升时承受最大轴向载荷，下降时承受最小载荷；
1.加速时（上升）N：Fmax=u*m*g+f-m*a 2.减速时（下降）N：Fmin=u*m*g+f-m*a 3.匀速时 N：F匀 =u*m*g+fu 因螺桿軸直徑越細，螺桿軸的容許軸向負荷越小
4.长度。（总长=工作行程+螺母长度+安全余量+安装长度+连接长度+余量）。如果增加了防护，比如护套，需要把护套的伸缩比值（一般是1：8，即护套的最大伸长量除以8）考虑进去。
5.支撑方式。固定-固定 固定-支撑 支撑-支撑 固定-自由
6.螺母的选择：
7.
许用转速
计算： 螺桿軸直徑20mm 、導程Ph=20mm 最高速度Vmax ＝1m/s
则：最高轉速 Nmax=Vmax * 60 *
/Ph
许用转速（临界转速） N1=r * （d1/
）*
r安装方式决定的系数；d1=丝杠轴沟槽谷径；l=安装间距 所以有：最高转速 < 许用转速
8.
刚度
的选择 9.选择马达
*
验证：
刚度验证、精度等级的验证、寿命选择、驱动转矩的选择
*
滚珠丝杠副预紧
：1.方式：双螺母垫片预紧、单螺母变位导程预紧、单螺母增大滚珠直径预紧；
2.目的：消除滚珠丝杠副的轴向间隙、增大滚珠丝杠副的刚性、
*DN
值
： D：滚珠丝杠副的公称直径，也为滚珠中心处的直径（mm）; N：滚珠丝杠副的极限转速（rpm）
*
导程精度、定位精度、重复定位精度
导程精度：1.有效行程Lu内的平均行程偏差e（um），ep=2*（Lu/300）* V300<=C ；
2.任意300mm行程内行程变动量V300(um)，V300<=
定位精度：1）. 导程精度 2）.轴向间隙 3）传动系统的轴向刚性 4)热变形 5）丝杠的运动姿势
重复定位精度：预紧到负间隙的丝杠，重复定位精度趋于零；
直线导轨的选择
1. 直线导轨的运动精度：
1） 运动精度：a：滑块顶面中心对导轨基准底面的平行度；b:与导轨基准侧面同侧的滑块侧面对导轨基准侧面的平行度。
2） 综合精度：a：滑块上顶面与导轨基准底面高度H的极限偏差；b：同一平面上多个滑块顶面高度H的变动量；c：与导轨基准侧面同侧的滑块侧面对导轨基准侧面间距离W1的极限偏差；d: ：同一导轨上多个滑块侧面对导轨基准侧面W1的变动量。
3） 导轨上有超过两个以上的导轨，只检验首尾两个滑块，中间的不做W1检验，但中间的W1应小于首尾的W1。
2. 选择：
1---
确定轨宽。
轨宽指滑轨的宽度。轨宽是决定其负载大小的关键因素之一
2---
确定轨长。
这个长度是轨的总长，不是行程。全长=有效行程+滑块间距（2个以上滑块）+滑块长度×滑块数量+两端的安全行程，如果增加了防护罩，需要加上两端防护罩的压缩长度。
3---
确定滑块类型和数量。
常用的滑块是两种：法兰型，方形。前者高度低一点，但是宽一点，安装孔是贯穿螺纹孔，后者高一点，窄一点，安装孔是螺纹盲孔。两者均有短型、标准型和加长型之分（有的品牌也称为中负荷、重负荷和超重负荷），主要的区别是滑块本体（金属部分）长度不同，当然安装孔的孔间距也可能不同，多数短型滑块只有2个安装孔。滑块的数量应由用户通过计算确定，在此只推荐一条：少到可以承载，多到可以安装。滑块类型和数量与滑轨宽度构成负载大小的三要素。
4---
确定精度等级。
任何厂家的产品都会标注精度等级，有些厂家的标注比较科学，一般采用该等级名称的第一个字母，如普通级标N，精密级标P。
5---
确定其他参数
除上述4个主要参数外，还有一些参数需要确定，例如组合高度类型、预压等级等。
预压等级高的表示滑块和滑轨之间的间隙小或为负间隙，预压等级低的反之。感官区别就是等级高的滑块滑动阻力大，等级低的阻力小。表示方法得看厂家选型样本，等级数有3级的，也有5级的。等级的选择要看用户的实际使用场合，大致的原则是滑轨规格大、负载大、有冲击、精度高的场合可以选预压等级高一点的，反之选低一点。提示：1--预压等级与质量无关，2—预压等级与滑轨使用精度成正比，与使用寿命成反比。
尺寸链的基本术语
1.尺寸链——在机器装配或零件加工过程中，由相互连接的尺寸形成封闭的尺寸组，称为尺寸链。间隙A0与其它尺寸连接成的封闭尺寸组，形成尺寸链。
2.环——列入尺寸链中的每一个尺寸称为环,A0、A1、A2、A3…都是环。长度环用大写斜体拉丁字母A，B，C……表示；角度环用小写斜体希腊字母α，β等表示。
3.封闭环——尺寸链中在装配过程或加工过程后自然形成的一环称为封闭环。封闭环的下角标“0”表示。
4.组成环——尺寸链中对封闭环有影响的全部环，称为组成环。组成环的下角标用阿拉伯数字表示。
5.增环——尺寸链中某一类组成环，当其他组成环的大小不变，若封闭环随着某组成环的增大而增大，则该组成环为增环。
6.减环——尺寸链中某一类组成环，当其他组成环的大小不变，若封闭环随着某组成环的减小而减小，则该组成环为减环。
7.补偿环——尺寸链中预先选定某一组成环，可以通过改变其大小或位置，使封闭环达到规定的要求，该组成环为补偿环。
封闭环：基本尺寸：A0=Ap1+Ap2 -Aq3 上偏差：ES0=ESp1+ESp2-EIq3 下偏差：EI0=EIp1+EIp2-ESq3
A0:封闭环 Ap1、Ap2：增环 Aq3：减环
w 封闭环基本尺寸＝所有增环基本尺寸－所有减环基本尺寸；
w 封闭环的上偏差＝所有增环的上偏差－所有减环的下偏差；
w 封闭环的下偏差＝所有增环的下偏差－所有减环的上偏差。
1
．退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺（随炉冷却）。常见的退火工艺有：再结晶退火、去应力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的：主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。
2
．正火：指将钢材或钢件加热到或 （钢的上临界点温度）以上，30～50℃保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的：主要是提高低碳钢的 力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。
3
．淬火：指将钢件加热到 Ac3 或 Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一 定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组织准备等。
4
．回火：指钢件经淬硬后，再加热到 Ac1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。常见的回火工艺有：低温回火，中温回火，高温回火和多次回火等。
回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韧性等。
5
．调质：指将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺。使用于调质处理的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。
6．渗碳：渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。 也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。 “四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。
7.渗氮：
正火：850淬火：840 回火：600
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发表于 2014-4-3 13:16:45
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