三菱伺服電機的選擇原則---玖菱科技

時間：2020-01-05

三菱伺服電機的選擇原則

現(xiàn)代機電行業(yè)中經(jīng)常會碰到一些復雜的運動，這對電機的動力荷載有很大影響。三菱伺服驅(qū)動裝置是許多機電系統(tǒng)的**，因此，伺服電機的選擇就變得尤為重要。首先要選出滿足給定負載要求的電動機，然后再從中按價格、重量、體積等技術(shù)經(jīng)濟指標選擇較適合的伺服電機。

各種伺服電機的T- 曲線

（1）傳統(tǒng)的選擇方法

這里只考慮電機的動力問題，對于直線運動用速度v(t)，加速度a(t)和所需外力F(t)表示，對于旋轉(zhuǎn)運動用角速度 (t)，角加速度 (t)和所需扭矩T(t)表示，它們均可以表示為時間的函數(shù)，與其他因素無關。很顯然。電機的最大功率P電機，較大應大于工作負載所需的峰值功率P峰值，但僅僅如此是不夠的，物理意義上的功率包含扭矩和速度兩部分，但在實際的傳動機構(gòu)中它們是受限制的。用峰值，T峰值表示較大值或者峰值。電機的較大速度決定了減速器減速比的上限，n上限= 峰值，較大/ 峰值，同樣，電機的較大扭矩決定了減速比的下限，n下限=T峰值/T電機，較大，如果n下限大于n上限，選擇的電機是不合適的。反之，則可以通過對每種電機的廣泛類比來確定上下限之間可行的傳動比范圍。只用峰值功率作為選擇電機的原則是不充分的，而且傳動比的準確計算非常繁瑣。

（2）伺服電機新的選擇方法

一種新的選擇原則是將電機特性與負載特性分離開，并用圖解的形式表示，這種表示方法使得驅(qū)動裝置的可行性檢查和不同系統(tǒng)間的比較較方便，另外，還提供了傳動比的一個可能范圍。這種方法的優(yōu)點：適用于各種負載情況；將負載和電機的特性分離開；有關動力的各個參數(shù)均可用圖解的形式表示并且適用于各種電機。因此，不再需要用大量的類比來檢查電機是否能夠驅(qū)動某個特定的負載。

在電機和負載之間的傳動比會改變電機提供的動力荷載參數(shù)。比如，一個大的傳動比會減小外部扭矩對電機運轉(zhuǎn)的影響，而且，為輸出同樣的運動，電機就得以較高的速度旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較大的加速度，因此電機需要較大的慣量扭矩。選擇一個合適的傳動比就能平衡這相反的兩個方面。通常，應用有如下兩種方法可以找到這個傳動比n，它會把電機與工作任務很好地協(xié)調(diào)起來。一是，從電機得到的較大速度小于電機自身的較大速度電機，較大；二是，電機任意時刻的標準扭矩小于電機額定扭矩M額定。

2、一般伺服電機選擇考慮的問題

（1）三菱伺服電機的較高轉(zhuǎn)速

　電機選擇首先依據(jù)機床快速行程速度。快速行程的電機轉(zhuǎn)速應嚴格控制在電機的額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)。

式中，為電機的額定轉(zhuǎn)速（rpm）；n為快速行程時電機的轉(zhuǎn)速（rpm）；為直線運行速度（m/min）；u為系統(tǒng)傳動比，u=n電機/n絲杠；絲杠導程（mm）。

（2）慣量匹配問題及計算負載慣量

為了保證足夠的角加速度使系統(tǒng)反應靈敏和滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求, 負載慣量JL應限制在2.5倍電機慣量JM之內(nèi)，即。

式中，為各轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動慣量，kg.m2；為各轉(zhuǎn)動件角速度，rad/min；為各移動件的質(zhì)量，kg；為各移動件的速度，m/min；為伺服電機的角速度，rad/min。

（3）三菱伺服電機空載加速轉(zhuǎn)矩

　　空載加速轉(zhuǎn)矩發(fā)生在執(zhí)行部件從靜止以階躍指令加速到快速時。一般應限定在變頻驅(qū)動系統(tǒng)較大輸出轉(zhuǎn)矩的80% 以內(nèi)。

式中，為與電機匹配的變頻驅(qū)動系統(tǒng)的較大輸出轉(zhuǎn)矩（N.m）；為空載時加速轉(zhuǎn)矩（N.m）；為快速行程時轉(zhuǎn)換到電機軸上的載荷轉(zhuǎn)矩（N.m）；為快速行程時加減速時間常數(shù)（ms）。

（4）切削負載轉(zhuǎn)矩

在正常工作狀態(tài)下，切削負載轉(zhuǎn)矩不**過電機額定轉(zhuǎn)矩的80%。

式中，為較大切削轉(zhuǎn)矩（N.m）；D為較大負載比。

（5）連續(xù)過載時間

連續(xù)過載時間應限制在電機規(guī)定過載時間之內(nèi)。

3、根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩選擇伺服電機

根據(jù)伺服電機的工作曲線，負載轉(zhuǎn)矩應滿足：當機床作空載運行時，在整個速度范圍內(nèi)，加在伺服電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩應在伺服電機的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，即在工作曲線的連續(xù)工作區(qū)；較大負載轉(zhuǎn)矩，加載周期及過載時間應在特性曲線的允許范圍內(nèi)。加在電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩可以折算出加到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩。

式中，為折算到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩（N.m）；F為軸向移動工作臺時所需的力（N）；L為電機每轉(zhuǎn)的機械位移量（m）；為滾珠絲杠軸承等摩擦轉(zhuǎn)矩折算到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩（N.m）；為驅(qū)動系統(tǒng)的效率。

式中，為切削反作用力（N）；為齒輪作用力（N）；W為工作臺工件等滑動部分總重量（N）；為由于切削力使工作臺壓向?qū)к壍恼龎毫Γ∟）；為摩擦系數(shù)。無切削時，。

計算轉(zhuǎn)矩時下列幾點應特別注意。

（a）由于鑲條產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩必須充分地考慮。通常，僅僅從滑塊的重量和摩擦系數(shù)來計算的轉(zhuǎn)矩很小的。請?zhí)貏e注意由于鑲條加緊以及滑塊表面的精度誤差所產(chǎn)生的力矩。

（b）由于軸承，螺母的預加載，以及絲杠的預緊力滾珠接觸面的摩擦等所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩均不能忽略。尤其是小型輕重量的設備。這樣的轉(zhuǎn)矩回應影響整個轉(zhuǎn)矩。所以要特別注意。

（c）切削力的反作用力會使工作臺的摩擦增加，以此承受切削反作用力的點與承受驅(qū)動力的點通常是分離的。如圖所示，在承受大的切削反作用力的瞬間，滑塊表面的負載也增加。當計算切削期間的轉(zhuǎn)矩時，由于這一載荷而引起的摩擦轉(zhuǎn)矩的增加應給予考慮。

（d）摩擦轉(zhuǎn)矩受進給速率的影響很大，必須研究測量因速度工作臺支撐物(滑塊，滾珠，壓力)，滑塊表面材料及潤滑條件的改變而引起的摩擦的變化。已得出正確的數(shù)值。

（e）通常，即使在同一臺的機械上，隨調(diào)整條件，周圍溫度，或潤滑條件等因素而變化。當計算負載轉(zhuǎn)矩時，請盡量借助測量同種機械上而積累的參數(shù)，來得到正確的數(shù)據(jù)。

4、根據(jù)負載慣量選擇三菱伺服電機

為了保證輪廓切削形狀精度和低的表面加工粗糙度，要求數(shù)控機床具有良好的快速響應特性。隨著控制信號的變化，伺服電機應在較短的時間內(nèi)完成必須的動作。負載慣量與電機的響應和快速移動ACC/DEC時間息息相關。帶大慣量負載時，當速度指令變化時，電機需較長的時間才能到達這一速度，當二軸同步插補進行圓弧高速切削時大慣量的負載產(chǎn)生的誤差會比小慣量的大一些。因此，加在電機軸上的負載慣量的大小，將直接影響電機的靈敏度以及整個伺服系統(tǒng)的精度。當負載慣量5倍以上時，會使轉(zhuǎn)子的靈敏度受影響，電機慣量和負載慣量必須滿足：

由三菱伺服電機驅(qū)動的所有運動部件，無論旋轉(zhuǎn)運動的部件，還是直線運動的部件，都成為電機的負載慣量。電機軸上的負載總慣量可以通過計算各個被驅(qū)動的部件的慣量，并按一定的規(guī)律將其相加得到。

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