FANUC伺服电机选型计算Word文档下载推荐.docx
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π：
驱动系统的效率：
0.95
fg：
夹具固定力：
50kgf
Fc：
由切削力产生的推进阻力：
500kgf
Fcf：
由切削力矩产生的工作台对滑动表面的压力：
25kgf
Z1/Z2：
齿轮减速比：
1：
1
进给丝杠的（滚珠Db：
轴径=32mm
丝杠）的规格Lb：
长度：
900mm，单支承
P：
螺距：
12mm
电机轴的运行规格快进速度：
X、Y轴：
30m/min；
Z轴：
24m/min
加速时间：
0.1s
3.1惯量匹配计算
为使伺服进给系统的进给执行部件具有快速相应能力，必须选用加速能力大的电动机，亦即能够快速响应的电机（如采用大惯量伺服电机），但又不能盲目追求大惯量，否则由于不能从分发挥其加速能力，会不经济的。
因此必须使电机惯量与进给负载惯量有个合理的匹配。
通常在电机惯量与负载惯量（折算至电动机轴）或总惯量之间，推荐下列匹配关系：
或
3.1.1回转的惯量：
回转体：
（kg.）
----回转体材料的密度
D-----回转体直径
L-----回转体长度
g-----重力加速度
有台阶的回转体，按每段计算后相加
3.1.2直线运动物体的惯量
W-------直线运动物体的重力
L------电机转一圈时物体移动的距离，如电机与丝杠直联，
推倒过程：
根据能量守恒定律
丝杠转一圈时：
于是得：
齿轮传动惯量转换：
负载折算到电机轴上的转动惯量：
-----丝杠上联轴器的转动惯量
-----丝杠转动惯量
-----工作台和工件折算到丝杠上的转动惯量
------齿轮减速机构的转动惯量
-------齿轮减速器传动比
电机轴上的驱动系统总惯量：
3.2加减速力矩
按下步骤计算加速力矩：
计算加速力矩：
步骤1假定电机由NC控制加/减速，计算其加速度。
将加速度乘
以总的转动惯量（电机的惯量+负载惯量），乘积就是加速力矩。
3.2.1直线加/减速
图3-2-1直线加/减速时间与速度，速度与转矩关系图
Ta=（Vm/60）×
2π×
（1/ta）×
Jm×
（1-e-ks。
ta）+
+（Vm/60）×
（1/ta）×
JL×
ta）÷
η
Vr=Vm×
{1-（1/Ta·
ks）（1-e-ks。
ta）}
Ta:
加速力矩（kgf·
cm）
Vm:
电机快速移动速度（min-1）
ta:
加速时间（sec）
Jm:
电机的惯量（kgf.cm.s2）
JL:
负载的惯量（kgf.cm.s2）Vr:
加速力矩开始下降的速度（与Vm不同）（min-1）
Ks:
位置回路的增益（sec-1）
η:
机床的效率
例子:
在下列条件下进行直线加/减速：
电机为α2/3000。
首先计算电机和负载惯量，然后计算
加速转矩。
电机惯量Jm为0.0061（kgf.cm.s2），Vm为3000（min-1），ta为0.1（s）,ks为30（sec-1），JL=0.0247（kgf.cm.s2）。
Ta=3000/60×
2π×
1/0.1×
0.0061×
（1-e-30×
0.1）+
+3000/60×
0.0247×
0.1）÷
0.9
=100.1（kgf.cm.）=9.81（Nm）
图3-2-2速度与转矩示意图
由α2/3000的速度-转矩特性可以看到，9.81（Nm）的加速力矩处于断续工作区的外面（如图3-2-2的特性曲线和电机的数据单）。
（α2/3000的力矩是不够的。
）如果轴的运行特性（如，加速时间）不变，就必须选择大电机。
比如，选择α3/3000（Jm为0.02kgf.cm.s2），重新计算加速力矩如下：
Ta=123.7（Kg.cm）=12.1（Nm）
Vr=2049（min-1）
由该式可知，加速时，在转速2049（min-1）时，要求加速力矩为12.1Nm。
由上面的速度-力矩特性可以看出，用α3/3000电机可满足加速要求。
由于已将电机换为α3/3000，则法兰盘尺寸已经变为130mm×
130mm。
若机床不允许用较大电机，就必须修改运行特性，例如，使加速时间延长。
3.2.2不控制加/减速时
图3-2-3不控制加/减速时时间与速度，速度与转矩示意图
公式为：
Ta=×
×
（Jm+JL）
Ta=1/ks
步骤2
为了得到电机轴上的力矩T，应在加速力矩Ta上增加Tm
（摩擦力矩）。
T=Ta+Tm
T=12.1（Nm）+0.9（Nm）=13.0（Nm）
步骤3核算上面步骤2计算出的力矩T应小于或等于放大器已限
定的力矩。
用相应电机的速度-转矩特性和数据单核算由步骤1算得的Vr时的T应在断续工作区内。
因为Vr为2049（min-1），T为13.0（Nm），用指定的时间常数加速是可能的（条件2）
3.2.3计算力矩的均方根值
计算快速定位频率绘制快速定位一个周期的速度-时间和转矩-时间图，如下图。
普通切削时，快速定位的频率不会有问题；
但是，对于有些频繁快速定位的机床必须检查加/减速电流是否会引起电机过热。
图3-2-4速度-时间和转矩-时间周期图
根据力矩-时间图可以得到一个运行周期的加于电机上力矩的均方根值。
对该值进行核算，确保要小于或等于电机的额定力矩（条件3）
如果Trms小于或等于电机静止时的额定力矩（Ts），则选择的电机可以使用。
（考虑到发热系数，核算时静止力矩应为实际静止额定力矩的90%。
例子：
在下列条件下选用α3/3000（Ts=31kgf.cm）=3.0Nm的电机：
Ta=12.1Nm,；
Tm=To=0.9Nm；
t1=0.1s；
t2=1.8s；
t3=7.0s。
=20.2Nm＜Ts×
0.9=2.9×
0.9=2.61Nm
因此，用α3/3000电机可以满足上述运行条件。
（条件3）
计算在一个负载变化的若负载（切削负载，加/减速度）变化频繁，其力矩-时间图
工作周期内的转矩Trms如下图所示。
用该图计算出力矩的均方根值后进行核算，和上述一样，使其小于或等于电机的额定力矩。
图3-2-5工作周期转矩图
3.2.4计算最大切削核算工作台以最大切削力矩Tmc运动的时间（在负荷期间力矩的负荷百分比或ON的时间）要在希望的切削时间内。
（条件5）
如果切削时加于电机轴上的Tmc（最大负载力矩）--由§
1.1
算得的—小于电机的静止额定力矩（Tc）与α（热效率）的乘积，则所选电机可以满足连续切削。
若Tmc大于该乘积（Tmc＞Tc×
α），则
按下述步骤计算负荷时间比（ton）。
Tmc可以在整个切削周期内加到电机上。
（假设α为0.9，考虑机床运行条件计算负荷百分比。
）
Tmc＜Tc×
α可用最大切削力矩连续运行（用最大切削力
矩运行的周期负荷百分比是100%）。
Tmc＞Tc×
α根据下图和公式计算周期负荷的百分比。
例如：
如§
3.2的计算结果：
Tmc=21.8kgf.cm=2.1Nm
OS:
Tc=30kgf.cm=2.9Nm
2.9×
0.9=2.6Nm＞2.1Nm=Tmc
连续切削不会有问题。
计算最大切削力矩的
周期负荷百分比
图3-2-6最大切削力矩周期负荷图
用§
3.2所述的方法计算一个切削周期内力矩的均方根值，指定
间ton和toff，以使均方根值不要超过静止额定力矩Tc与热效率α
乘积。
则最大切削力矩的周期负荷百分比计算如下：
最大切削力矩的（Tmc）周期负荷百分比=（Tom/T）×
100%
假设Tmc=4.0Nm；
Tm=0.9Nm
即，非切削时间与切削时间的百分比为1.6，或更大一
周期负荷的百分比为：
（Ton/Toff）×
100=38.5%
所以，α3/3000电机满足上述选择条件1—5。
3.2.5定位加速时的最大转距计算
定位加速时最大转距M:
----快速移动时的电机转速
-----加速减速时间，按，取150~200ms
---系统的开环增益，通常8~25，加工中心一般取左右；
---电机惯量，可从样本查得；
----负载惯量
---负载转距
若是M小于伺服电机的最大转距，则电机能以所取的时间常数进行加速和减速。
4电机的选择
根据加于电动机上的负载，快速运动速度，系统的分辨率等条件选择电机。
本节后面的“伺服电机的选择数据表”，可
·
电机每转的工作添入电机转一转时机床的实际移动量。
台的移动量当滚珠丝杠的螺距为12mm，变速比为2/3时，每转的移动量为
12×
2/3=8mm
若用于转台，变速比为1/72时，每转的移动量是
360×
1/72=5deg。
CNC的最小输入单位添入NC指令的最小输入单位值。
0，15，16，18系统为0.001mm。
快速移动速度添入机床实际要求的快速移动速度和坐标进给速度。
和进给速度
惯量添入折算到电机轴上的全部负载惯量值。
惯量值不必很准确，添入2位或1位数即可。
例如，0.2865可添入0.29或0.3。
注意该值不要包括毒剂本身的惯量值。
负载力矩由于在电机停止时也可能有非切削力矩，所以在考虑电机的连续力矩时应留有一定余量。
负载力矩要小于电机额定力矩的70%。
快速运动的力矩要添入快速移动稳态时的力矩。
要确保该值要小
于电机的连续额定力矩。
该项数据不要包括加/减速所需力矩。
进给时的切削力，要添入切削时进给方向的最大切削力。
对于最大切削力矩，要添入上述加于电机轴的最大切削力的力矩
值。
由于切削力产生的反作用力将大大影响力矩的传送效率，所以
要想得到精确地最大切削力矩，必须考虑其它数据或在机床上测量。
在垂直轴方向，若上升或下降的负载力矩值不一样，就应添入两个值。
最大负荷（加工）在“负载力矩”项中添入最大切削力矩的负荷比和ON时间。
时间/ON时间各值的意义如下图4-1-1。
图4-1-1时间/ON时间示意图
快
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