1、附錄1根據負載條件選用電機電機軸上有兩種負載，一種是轉矩負載，另一種是慣量負載。 選用電機時，必須準確計算這些負載，以便確保滿足如下條件：§ (1).當機床處于非切削工作狀態時，在整個速度范圍內負載轉矩應小于電機的連續額定 轉矩。如果在暫?；蛞苑浅５偷乃俣冗\行時，由于摩擦系數增大，使得負載轉矩增大并超 過電機的額定轉矩，電機有可能出現過熱。另一方面，在高速運行時，如果受粘滯 性影響，而使轉矩增大且超過額定轉矩，由于不能獲得足夠的加速轉矩，加速時間 常數有可能大大增加。§ (2).最大切削轉矩所占時間(負載百分比即“ON時間)滿足所期望的值。§ (3).以希望的時間

2、常數進行加速。一般來說，負載轉矩有助于減速，如果加速不成問題,以同一時間常數進行減速亦無問題。加速檢查按以下步驟進行。(I) 假設電機軸按照NC或位控所確定的ACC/DE方式進行理想的運動來得到加速速 率。(II) 用加速速率乘以總慣量(電機慣量+負載慣量)計算出加速轉矩。(III) 將負載轉矩(摩擦轉矩)與加速轉矩相加求得電機軸所需轉矩。(IV) 需要確認，第(III)項中的轉矩應小于電機的轉矩(最大連續轉矩)，同時，小 于伺服放大器電流限制回路所限制的轉矩。第(II)項中的加速轉矩由下式來計算。A.對于線性加速情況TaNm60taJlKsta e s aNrta Ks式中：Ta:加速轉矩(

3、Kg - cmNM快速進給時的電機速度(rpm)ta.加速時間(sec)Jm:電機慣量(Kg - Cm- S2)J |.負載慣量(Kg Cm- S2)N r:加速轉矩減小時的始點(不同于Nm) (rpm)K s:伺服位置環增益(Sec-1)B.對于指數加減速情況不網連度冊垂時加建鱗矩圖中:ToNm607(JmtlJi)1KeKs 時，Ke5ateKsNm1Ta2a1 a60aNrNm1a1 aKs J mJlKs時，TaNm 2KeJm j60eNr1N 1丄 m 1e0.632 N m式中，e 2.718C指令速度突加情況§ (4).快進頻率：一般來講，在正常切削加工中，此項不成問

4、題，但對于特殊加工設備來說(如沖壓、 鉆床、激光加工、包裝機械等)，要求頻繁快速進給，此時，需要檢查是否由于頻 繁加、減速而使電機過熱。在這種情況下，應計算每個循環電機轉矩的均方根(RMS值，以保證此值小于電機的額定轉矩。§ (5).當負載條件在一個循環周期內變化不定時, 額定轉矩范圍內。TRM按下式計算，并確認此值在電機的T1Trms2 2 2 2T)T tl T2 t2T3 t3Irms 2TaTft1Tf t2TaTft1T0 t3t0式中：Ta：加速轉矩Tf:摩擦轉矩To：停止時的轉矩Tn2tnto73式中：to=ti+t2+t3+tn§(6). 負載慣量限制負載慣

5、量的大小對于伺服系統的動態性能和快進加 / 減速時間有很大影響。對 于大的負載慣量，當指令速度改變時，電機需要更長的時間達到指令速度，當多軸 聯動進行圓弧插補切削時，跟蹤誤差就大于較小慣量時的情況從而影響加工精度。通常，當負載慣量小于電機轉子慣量時，上述問題不會出現。如果大于轉子慣 量3倍，動態影響就會變差，用于加工普通金屬的機械，還不存在任何實際問題。不 過，在諸如以高速加工各種形狀復雜的木材的木工機械等特殊場合，最好使負載慣 量小于轉子慣量。當負載慣量大于轉子慣量 3倍時，就會犧牲響應時間。如果大大超過3倍，恐怕超出伺服放大器的參數調整范圍，因此，應避免這種使用。由于機械設計限制，而無法

6、小于 3倍轉子慣量時。附錄2:負載轉矩計算施加于電機軸上的負載轉矩通常用以下簡單公式計算。TLF 1Tc式中：F :2tl：電機軸上的負載轉矩（Kg cm） 需要使滑臺（工作臺或刀架）以軸向運動的力（Kg）n :傳動系統的效率。l:電機軸每轉機械移動量不包含在“n”內的滾珠絲杠副，軸承等部件折算到電機軸上的摩擦轉矩。Tc:F取決于工作臺重量，摩擦系數，水平或垂直方向的切削推力，垂直軸場合是否配重平 衡等因素。在水平方面使用場合，非切削時間：F WF值大小下圖所給舉例計算如下:fgW fg F切削時間： F Fc:摩擦系數fg：拉緊銷拉緊力Fc:由切削力產生的反向推力（Kg）Fcf:工作臺相對導

7、軌表面由切削運動而產生的力（Kg）計算轉矩時，務必注意如下幾點：（1）必須充分考慮由于拉緊銷的夾緊產生的摩擦轉矩。一般來說，由滑動體的重量和摩擦 系數計算出的轉矩值很小。請務必注意由于拉緊銷的夾緊力和滑臺表面的精度而產生 的轉矩。（2）有兩種情況不可忽略，一種是由于滾珠和滾珠螺母的預緊力引起的滾動接觸部件的摩 擦轉矩，另一種是絲杠的預緊力產生的摩擦轉矩。特別對于小型機械來講，此轉矩對 整個轉矩有很大影響，因此，必須加以考慮。（3）必須考慮由于切削反作用力引起的滑動表面摩擦力的增大因素。一般來說，切削反作 用力的吸收點與驅動力的吸收點不在同一位置，滑動體表面的負載就會由于吸收大的 切削反作用力而

8、產生的運動而增大，如下圖所示。計算切削過程中的轉矩時，必須考 慮由于這種負載而引起的摩擦轉矩的增大。（4）進給速率對摩擦轉矩產生很大影響。必須對不同速度下摩擦力的變化，工作臺支撐體（滑臺，滾動體，靜壓），滑動體表面材料和潤滑條件進行研究和測量，以便得到準 確數據。（5）通常，即使是同一種機械，摩擦轉矩也依調整狀態，環境溫度或潤滑條件等因素而發 生變化。計算負載轉矩時，請設法對同種機械進行測量，并對測量數據進行處理以便 得到準確數值。也就是說，必須對夾緊力，間隙進行調整，來有效地控制摩擦轉矩， 以便避免產生過大轉矩。另一種計算折合到電機軸上的負載轉矩的方法如下：Tl 9.8W-PB N m （水

9、平直線運動軸）2R式中：PB：滾珠絲杠螺距（m）1/R:減速比98 W WC PBTl N m （垂直直線運動軸）2 R式中：Wc:配重塊重量（Kg）Tl N m（旋轉軸運動）R式中：T :負載轉矩（N m）附錄3:負載慣量計算與負載轉矩不同的是，只通過計算即可得到負載慣量的準確數值。不管是直線運動還 是旋轉運動，對所有由電機驅動的運動部件的慣量分別計算，并按照規則相加即可得到負載慣量。由以下基本公式就能得到幾乎所有情況下的負載慣量。1圓柱體的慣量由下式計算有中心軸的圓柱體的慣量。如滾珠絲杠，齒輪等。Jkd4l(Kg cm- sec2)或 JK LD4 Kg m32 98032式中：丫:密度(

10、Kg/cm3)鐵:7.87 X 10-3Kg/cm3=7.87 X103Kg/m3鋁:2.70 X 10-3 Kg/cm3=2.70 X103Kg/m3JK：慣量(Kg - cm - sec2)(Kg - m2)D :圓柱體直徑（cm）（mL :圓柱體長度（cm）（m2. 直線運動體的慣量用下式計算諸如工作臺、工件等部件的慣量J L1WPb980 2Kg cm sec2Wr2Kg m2式中：W :直線運動體的重量（Kg）P B:以直線方向電機每轉移動量（cm）或（m）3. 有變速機構時折算到電機軸上的慣量JliZ2, Z1 :齒輪齒數2ZiZ7Kg cm sec Kg m24. 具有圖中所示旋

11、轉中心的圓柱體的慣量K (chi*Lb a，I-朋I"：J J0 -M R2Kg cm seV980式中：J0：圓柱體中心周圍的慣量Kg cm sec2M:圓柱體重量（Kg）R：旋轉半徑（cm）5空心圓柱體的慣量Pci -1：.*32 98044L DoDi式中：丫：密度（Kg/cm3）L :柱體長度（cm）D°：柱體外徑（cm）D1:柱體內徑（cm）6.對于垂直軸直線運動，當有配重時，務必考慮配重體的慣量，此時,Jli WPB2WC-Kgm22 R式中：Wc:配重體重量（Kg）1/R:減速比P-：滾珠絲杠螺距（m）附錄4:運轉功率和加速功率計算般可按下式在電機選用中，除慣

12、量、轉矩之外，另一個注意事項即是電機功率計算。 求得。1.運轉功率計算P060(W式中：F0 :運轉功率（WN M :電機運行速度（rpm）Tl :負載轉矩（N m）2.加速功率計算Fa260NmJl式中：Pa：加速功率（W）N m :電機運行速度（rpm）Ji：負載慣性（kg m2）ta :加速時間常數（sec）附錄5:定位控制用伺服電機選用指南1.幾個基本問題就一般而言，定位控制系統有兩種結構形式。一種是全閉環位置控制系統，其位置檢測元件一般采用光柵或感應同步器，這種控制結構雖然可獲得較高的精度，但由于傳動機構的間隙，誤差等非線性因素影響，系統的穩定性往往受其影響，調整起來比較困難但在大多

13、數場合，采用另一種方法，即半閉環位置控制系統即可滿足定位精度要求， 其位置檢測 元件一般采用與電機同軸安裝的光電脈沖編碼器或旋轉變壓器。即便是具有插補功能的輪廓控制也是如此。其典型結構如下：A 1VIV V對于這種結構的定位系統來說，有如下幾個基本問題需要考慮:（1）位置檢測單位1000 Pb（mm脈 沖）Fpg R k K式中：pb：滾珠絲杠螺距（mFpg：:脈沖編碼器每轉脈沖數（P/r） k:脈沖編碼器反饋脈沖的細分比。K :脈沖編碼器反饋脈沖倍乘比（2）指令脈沖頻率 vs1000 VlVs丄 pps60 A式中：V|:進給速率（m/min）此值不能大于位置伺服系統的最大接收脈沖頻率。（3

14、）PG反饋脈沖頻率（vFb）vFb Vm 電 PPS60式中：Vm：電機速度（r/min）此值不能大于位置伺服系統的最大PG反饋脈沖頻率。（4）位置環增益（8）,誤差計數器跟蹤脈沖（£）a.指令脈沖階躍輸入14KP 14 1/st am式中：tam：最小加速時間VsKp（脈沖）t dm式中：a =3 （s< 1000脈沖）a =4 （s> 1000脈沖） tdm:最小減速時間式中：Tpm :伺服放大器峰值轉矩（N m）TC :電機軸上的負載轉矩（ N m）b.指令脈沖線性輸入L ? Ix 1I卜匕 1日亠| 二Kp 30 （1/S ）使用交流伺服時ts 0.100.15

15、（s）使用交流伺服時Kp（脈沖）T（Tp2 ta Tl2 tc Ts2 td（ N m）Irms t式中：TP:所需起動轉矩（N.m）TS:所需制動轉矩（N.m）ta：起動時間（S）tatamtd：制動時間（S） td tdm（5）電氣環節定位精度Nm（脈沖）（伺服系統速度控制范圍）Nr式中：Nm：電機速度（r/min ）Nr:伺服電機額定速度（r/mi n ）2.應用舉例某機械機構設計為：進給速度：Vl =15m/min定位次數：n=40/min直線運動體重量：M=80Kg運動行程：l =0.25m滾珠絲杠長：L B=0.8m定位時間：tm 1.2sec滾珠絲杠直徑:D B=0.016m電氣

16、定位精度:S =± 0.01mm滾珠絲杠螺距:P B=0.05m摩擦系數：3 =0.2聯軸器重量：M K=0.3Kg機械效率：n =0.9 （90%聯軸器直徑：D K=0.03m（1）速度圖A X r> nin B5 ”/4 - /ffffH4 li < 1'二11(2)速度叫Vi要求驅動電機速度：153000(r / min)Pb0.050.9 (S)電機速度：采用直聯結構，所以減速比故：Nm 叫 R 300016060t15 ( S)n40tatd ,ts 01 (S)60ltatmts12Vitc12 01 01 2600.250101 (S)151/R=1

17、/13000(r / min)負載轉矩Tl98 M Pb29.8 0.22 1800.0050.90.139(Nm)負載慣量直線運動體：PBJl1 MB-2 R2800.0052050710 4 Kg m22 1滾珠絲杠：JBLB32DB4327.871030840.0160.405 10 4Kg2 m聯軸器：.1 一 _ 2JC M K DK10.320.030.3381042Kg m電機軸上的負載慣量:JlKg2 mJ BJ L1JC 125 10 4(5)負載運行功率：2Nm Tl230000139P0437 W6060負載加速功率： 2.2 JL2 2125 10 4PjN-30001

18、234 Wa 60m ta6060暫選伺服系統選用條件：Tl電機額定轉矩pa F0( i2電機額定輸出NM 電機額定速度 Jl伺服系統的允許負載慣量根據以上條件，暫選用 3000rpm系列200W仆T-5042-OAF01伺服電機和POS52定位單元 +PAC06司服驅動系統。額定數據如下：額定轉速：3000 (r/min )峰值轉矩：1.8( N m)伺服系統的允許負載慣量：3610 4 Kg m2額定輸出功率：200 (W額定轉矩：0.6 ( N m)電機慣量:1.2 10 4 Kg m2P(脈沖數：2500 ( P/r)(8)伺服電機確認a.所需加速轉矩Tp2 N M J M JL60ta0.908 N mTl230001212510 40139峰值轉矩b.所需制動轉矩T2 N M J MTsJlc.Trms600.1可用60ta0.76