精选FANUC伺服电机选型计算手册 doc资料Word文档格式.docx
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z前言
FANUC的伺服电机具有平滑的旋转特性、优秀的加速能力以及高可靠性。
搭配内置编码器可以实现高精度定位与控制。
目前,被广大机床厂家所采用。
本书主要描述FANUC伺服电机的特点以及选择的一些要点和注意事项,同时。
本书主要针对我们日常常用的伺服电机进行了说明,主要内容包括:
1、FANUC伺服电机介绍;
2、电机选择中的影响因素;
3、典型结构伺服电机选型举例;
FANUC系统的伺服电机从驱动电压上可以分为低压（200V电机与高压（400V电机。
本说明书中,以低压（200V电机与放大器为例进行描述。
z1FANUC伺服电机介绍
FANUC的伺服电机具有平滑的旋转特性、优秀的加速能力以及高可靠性。
FANUC的伺服电机按照其驱动电压的高低,可以分为低压伺服电机（200V与高压伺服电机（400V两大类。
此外,根据电机的特性不同,还可以分为αi系列和βi系列两大类。
而在αi系列伺服电机中,根据电机惯量以及转速的不同,可以再划分为αiF系列与αiS系列。
如下表:
电机型号所属系列
驱动电压电机特点
αiF中惯量,适用于进给驱动轴
αiSαi200V小型、高速、大功率,优越的高加速性能βiSβi200V高性价比、紧凑型电机αiF（HVαiF电机的高电压信号αiS（HVαi（HV400VαiS电机的高电压型号βiS（HV
βi（HV
400V
βi电机的高电压型号
z1.1低压（200V系列伺服电机
低压伺服电机是目前我们最常用的伺服电机。
其产品系列包括αiF、αiS以及βiS三个系列的电机。
这三种规格的电机如下表:
电机类型电机功率（额定扭矩αiF0.5~9kW1~53NmαiS0.75~60kW2~500NmβiS
0.05~3kW
0.16~40Nm
注:
电机类型中的字符含义。
*1本书中以低压伺服电机为例进行介绍,由于高电压（400V伺服电机使用较少,具体电机特性请参阅电机规格说明书
Pag
连续运转模式示意图
均方根值计算:
t8t7t6t5t4t3t2t1t2
8272625242322⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅TTTTTTT
在选择电机时,需要使得90%Trms
×
≤堵转扭矩。
丝杆折算惯量Jl2Jl2=1232Z3.14×
780012=×
0.24×
0.030×
（=0.0001（kgm3220d4l×
（3πν2γ：
丝杆密度，钢铁材料密度为7800kg/m负载惯量JlJl=Jl1+Jl2+Jl3=0.000375+0.00229+0.0005=0.0381（kgm2摩擦扭矩TfTf==μ×
mg×
p2πη0.05×
1500×
9.8×
0.03142×
3.14×
0.9=4.083（Nm空载扭矩TmTm=Tf=4.083切削扭矩Tc（NmTc=Fc×
p0×
0.0314=0=2πη2×
0.9负载扭矩TmcTmc=Tm+Tc=4.083+0=4.083（Nm注：
该公式不考虑加工周期内轴停歇的影响，结果稍微偏大。
如要进行详细计算，应计算扭矩的均方根值，具体参考本文“扭矩的均方值”。
加速扭矩TmaxTmax=Jl×
2π×
αmaxp2×
4.9=0.0381×
=37.338（Nm0.0314Title伺服电机选型计算手册1.0Ver2021-5-11Date沈锦波Design新发布DescriptionNo.Pag26/28
传感器与微系统（TransducerandMicrosystemTechnologies2021年第29卷第12期
基于PLC和伺服电机的精密定位技术研究*
龙国煊,王仲,杨纯
（天津大学精密测试技术及仪器重点实验室,天津300072
摘要:
针对擒纵轮视觉检测仪中对平面阵列点精确定位的实际需求,采用PLC和交流伺服电机实现了
一种低速、高定位精度、低成本的二维运动控制,工作台定位精度达到微米量级。
结合视觉检测特点,以视
觉参考特征点,代替传统零点校正方法,实现检测仪自动零点校正。
该仪器已运行于工业现场。
精密定位;
可编程序逻辑控制器;
视觉检测;
交流伺服电机;
零点校正
中图分类号:
TP273文献标识码:
A文章编号:
10009787（202112006403
Studyofprecisionpositioningtechnologybasedon
PLCandservomotor*
LONGGuoxuan,WANGZhong,YANGChun
（StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasuringTechnologyandInstrumentsTianjinUniversity,
Tianjin300072,China
Abstract:
Astheplanararraypointspositioningrequeststobepreciseintheescapewheelvisionmeasurement
system,alowspeed,lowcost,twodimensionalmotioncontrolplatformwithhighpositioningprecisionisrealized,
whichisservedbyPLCandACservomotor.Theprecisionoftheserviceplatformcanreachthelevelofmicron.
Meanwhile,consideringthefeaturesinvisionmeasurement,amethodadoptingreferencecharacteristicpointis
used,whichmakestheplatformszerolinecalibratingautomatically,insteadofusingthetraditionalzeroline
calibratingmethod.Atpresent,theinstrumenthasbeenoperatedintheindustrialfield.
Keywords:
precisepositioning;
PLC;
visualinspection;
ACservomotor;
zeropointcalibration
0引言
在机械手表等精密机械制造行业,需要对大批量的高精度微型零件进行检测。
目前行业内通用检测方法为依靠传统投影仪,人工目视评判。
视觉检测以非接触、高精度、便于实现自动检测等特点[1]引人期待。
擒纵轮视觉检测仪是为高精度、大批量、自动检测手表零件擒纵轮而研制的。
检测仪中的精密二维移动工作台为重要组成部分,本文介绍一种低成本、全自动、高精度的二维控制系统设计。
多轴、复杂的运动控制通常采用运动控制卡或工控机作为控制单元,速度快,精度高,但成本高,维护复杂[2]。
相比之下,用可编程序逻辑控制器（PLC作为运动控制单元,可以完成对步进电机、伺服电机等的控制[3],应用在运动相对简单、速度较低的条件下,具有成本低、设计简单的优势。
同时,PLC还可作为仪器中非运动控制的控制单元,简化仪器设计,发挥PLC稳定可靠的优势。
难点在于能否达到要求的控制精度。
本文采用PLC和交流伺服电机实现了一种低速、高精度、低成本的二维运动控制,工作台定位达到微米级精度。
此外,结合实际,利用检测仪中用来采集微型零件图像的高精度CCD相机,检测工作台上预置的特征参考点,替代传统使用机械零点开关或者光栅尺的方法,实现了工作台的自动零点校正功能[1]。
在保证精度要求的前提下,充分利用仪器本身资源,节约成本。
1系统结构
擒纵轮视觉检测仪系统组成如图1所示。
PC机为系统的主控制器,为人机信息交互接口。
PLC为运动控制系统的控制单元,控制2个交流伺服电机。
被测零件摆放在载物台的阵列孔（60个中,测量时,PLC控制交流伺服电机,驱动二维工作台移动,带动CCD相机定位在载物台上阵列孔中每一个待测零件上方。
定位完成后触发相机采集图像。
计算机对图像进行处理,并判断零件是否合格,通知PLC进行下一步操作。
收稿日期:
20210406
*项目:
高档数控机床科技重大专项计划资助项目（2021ZX0401409264
第12期龙国煊,等:
基于PLC和伺服电机的精密定位技术研究
图1检测仪系统组成
Fig1Compositionofmeasurementsystem
测量时要求每一点定位完成后,X,Y方向上相机光学中心与圆孔中心的偏差不超过50m,且系统要具有自动零点校正功能。
其中,阵列孔位置误差最大15m,工作台与载物台安装误差最大15m所以,工作台零点校正误差和工作台定位误差总和最大不能超过20m。
2工作台驱动系统设计
工作台采用导程为5mm无间隙精密丝杠和精度为P5级滚动轴承;
PLC为西门子S7200系列CPU224CN型;
伺服驱动器选用松下MINASA4系列;
交流伺服电机为松下MSMD012P1U型。
驱动系统设计主要包括PLC与驱动器的硬件连接、PLC控制程序设计、PLC通信设计和驱动器参数设置。
2.1硬件连接
2.2PLC程序设计
PLC程序主要由连续测量控制、单件测量控制零点校正、通信等部分组成。
检测仪2种测量模式PLC的工作流程如图2所示。
MB77控制,通过SMW68~SMD172和SMW78~SMD172设
图2PLC程序流程图
Fig2FlowchartofPLCprogramming
定脉冲参数,通过SMB66和SMB76监控脉冲输出状态。
脉冲速率可采用单段式或多段式。
多段式脉冲各段的参数通过特殊寄存器在PLC的V存储区中设置,当执行脉冲输出指令PLS时,CPU自动读取V存储区中多段脉冲的参数后输出脉冲。
2.3PLC与PC通信设计
考虑到仪器成本和设计的灵活性,PLC采用灵活方便的自由口通信方式,PC用VC++6.0的WIN32API串口通信函数,完成计算机与西门子PLC的通信系统设计[5]。
为克服信息传输中由于信道本身的原因或周围环境噪声的影响而导致的信息传输错误,这里,采用具有99.999%高精度检错能力的CRC校验,并且建立检错重发机制。
通信流程如图3所示。
图3通信流程图
Fig3Flowchartofcommunication
2.4驱动器设置
松下MINASA系列交流伺服驱动器可以接收最高2Mpps的外部脉冲输入。
有位置控制、速度控制、转矩控制
65
传感器与微系统第29卷和全闭环控制4种工作模式[6]。
根据需要,这里选用位置控制模式,该模式参数设置如下:
Pr.02=0:
位置控制模式;
Pr.04=0,Pr.66=1:
行程限位开关有效;
Pr.41=0,Pr.42=3:
指令脉冲和指令方向的组合方式;
Pr.43=0:
禁止外部脉冲输入有效;
Pr.4E=0:
允许偏差计数器清零;
Pr.48-4B为驱动器对外部输入脉冲进行分倍频的参数设置,这里采用默认值,不做分倍频处理,电机每转一圈须外部输入10000个脉冲。
与工作台移动距离的关系为1个脉冲对应0.5m的移动量。
3零点校正方法设计[1,6]
检测仪在测量过程中,每一点定位完成后,要求X,Y方向上相机光学中心与圆孔中心偏差不超过50m。
如图4所示,每次测量60个为一批,O点为工作台限位开关位置,A点为每批测量的起止位置。
如果每一批测量完成不进行零点校正,不断累积的误差有可能超过总误差要求。
限位开关的重复精度只有0.1mm,不能作为工作台复位的参考点。
为保证工作台在每一批测量中都有很好的定位精度,这里利用检测仪自身的高精度CCD相机,在每一批测量之前进行一次自动快速
的误差校正。
图4零点校正原理
Fig4Principleofzeropointcalibration
如图中,在待定位阵列点区域（点1~60外设一个位置固定的圆孔B作特征参考位置。
每一批测量从A点开始,在位置B采集圆孔图像,图像经过计算机处理,拟合圆心后计算偏差,把偏差传送给PLC,然后,在B1段进行位移补偿。
每一批测量完成后回到O点,等待下一批测量。
.在圆心偏差为0.1mm内,图像处理中圆心拟合误差为3m,在B1,可以实现最小一个脉冲（0.5m的补偿,不受三段式脉冲控制中电机最小启动量的影响,从而提高补偿精度。
实验表明:
补偿后相机定位在1点的误差不超过5m。
4实验与分析
为测定工作台能否达到预期的精度要求,用分辨率为0.1m的双频激光测量仪来测量工作台的移动精度。
工作台每轴行程为100mm,任选靠近电机侧的一点为测量起点（0mm点,每移动20mm（对应PLC40000个脉冲用双频激光测量仪测量一次,正向（0~100mm测完6个点后,依次反向（100~0mm测量6个点,往复测量5次。
分别对每个点5次测量数据进行处理,对丝杠线性误差进行PLC脉冲补偿后X轴（Y轴只给结果的实验数据处理结果如表1。
表1X轴实验数据
Tab1ExperimentaldataofXaxis
目标位置
（mm移动方向
平均偏差X（m标准偏差Si
（mXi-2Si（mXi+2Si（m重复定位精度（m
+-
从表1中可以得出,工作台定位精度[7]
A=max[Xi!
+2Si!
;
Xi∀+2Si∀]-
min[Xi!
-2Si!
Xi∀-2Si∀]=9.0m.单向重复定位精度为[6]
R=（4Simax=（Rimax=4.9m.
Y轴补偿线性误差后定位精度为7.2m,重复定位精度为5.5m。
从实验的结果可以看出:
工作台精度达到10m以内,满足设计要求。
5结束语
本文所设计的二维工作台已经应用在擒纵轮视觉检测仪上进行阵列点的自动定位,定位精度达到微米级的设计要求,系统运行稳定。
这种采用PLC和伺服电机实现精确定位的控制原理和利用视觉参考特征点进行零点校正的方法,可以推广到其他精密视觉检测系统中,具有较好的应用价值。
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津:
天津大学,2021:
6.
作者简介:
龙国煊（1984-,男,侗族,贵州天柱人,硕士研究生,主要研究方向为PLC控制技术、精密测控技术及仪器智能化。
66
基于单片机的交流伺服电机转速控制系统研究
作者:
赵磊,王哈力,何绪锋,周永勤,ZHAOLei,WANGHali,HEXufeng,ZHOU
Yongqin
作者单位:
赵磊,王哈力,周永勤,ZHAOLei,WANGHali,ZHOUYongqin（哈尔滨理工大学,黑龙江,哈尔滨,150040,何绪锋,HEXufeng（淄博牵引电机集团公司,山东,淄博,255100
刊名:
现代电子技术
英文刊名:
MODERNELECTRONICSTECHNIQUE
年,卷（期:
2021,32（16
被引用次数:
1次
参考文献（11条
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