精选FANUC伺服电机选型计算手册 doc资料.docx

1、精选FANUC伺服电机选型计算手册 doc资料1 技术应用文档 No.文件信息文件名称 类别发布日期伺服电机选型计算手册经验类技术文档发布范围北京发那科机电全体销售技术线北京发那科机电技术部 维修线 市场课 机床厂 最终用户关键词:伺服电机、计算选型、影响因素、选型案例、丝杠传动、齿轮齿条传动编写人 审核 批准 签字签字签字日期日期日期伺服电机选型计算手册z目录前言 (21. FANUC伺服电机介绍 (31.1 低压(200V系列伺服电机 (31.2 高压(400V系列伺服电机 (42.选择伺服电机 (52.1 影响电机选择的因素 (53.典型结构伺服电机选型举例.错误!未定义书签。3.1丝杆

2、传动水平轴电机选型计算 (93.2丝杆传动重力轴电机选型计算.错误!未定义书签。3.3丝杆传动倾斜轴电机选型计算.错误!未定义书签。3.4齿轮齿条传动水平轴电机选型计算.错误!未定义书签。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(20

3、0V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。z 1 FANUC 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。搭配内置编码器可以实现高精度定位与控制。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i 系列和i 系列两大类。而在i 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i F 系列与i S 系列。如下表: 电机型号 所属系列驱动电压电机特点i F 中惯量,适用于进给驱动轴i S i 200V 小型、高速、

4、大功率,优越的高加速性能 i S i 200V 高性价比、紧凑型电机 i F (HV i F 电机的高电压信号 i S (HV i (HV 400V i S 电机的高电压型号 i S (HV i (HV 400Vi 电机的高电压型号z 1.1 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i F 、i S 以及i S 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 i F 0.5 9kW 1 53Nm i S 0.75 60kW 2 500Nm i S0.05 3kW0.16 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

5、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:t 8t 7t 6t 5t 4t 3t 2t 1t 28272625242322+T T T T T T T在选择电机时,需要使得90%T rms堵转扭矩。 丝杆折算惯量 Jl2 J l2 = 1 2 32 Z 3 . 14 7800 1 2 = 0 . 2 4 0 . 030 ( = 0.0001 ( kgm 32 20 d 4l ( 3 2 ：丝杆密度，钢铁材料密度为 7800kg/m 负载惯量 Jl J l = J l1 + J l 2 + J l 3 = 0 . 0

6、00375 + 0 . 00229 + 0 . 0005 = 0.0381 ( kgm 2 摩擦扭矩 Tf Tf = = mg p 2 0 . 05 1500 9 . 8 0 . 0314 2 3 . 14 0 . 9 = 4.083 ( Nm 空载扭矩 Tm Tm = T f = 4.083 切削扭矩 Tc ( Nm Tc = Fc p 0 0 . 0314 = 0 = 2 2 3 . 14 0 . 9 负载扭矩 Tmc T mc = T m + T c = 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

7、方根值，具体参考本文“ 扭矩的均方值”。 加速扭矩 Tmax T max = J l 2 max p 2 3 . 14 4 . 9 = 0 . 0381 = 37 . 338 ( Nm 0 . 0314 Title 伺服电机选型计算手册 1.0 Ver 2021-5-11 Date 沈锦波 Design 新发布 Description No. Pag 26 / 28 传感器与微系统(T ransducer and M i c rosyste m T echno l og i es 2021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

8、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。关键词: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:1000 9787(202112 0064 03Study of precision positioni ng technology based onPLC and servo

9、motor*LONG Guo xuan,WANG Zhong,YANG Chun(State K ey L aboratory of Prec isi on M eas u ri n g T echno l ogy and Instrum en ts T ian ji n U niversity,T ian ji n300072,Ch inaAbstract:A s the p l anar array po ints positi on i ng requests to be prec i se i n t he escape whee l v i s i on m easure m ent

10、syste m,a low speed,l ow co st,t w o di m ens i ona lm otion control platfor m w ith high positi on i ng prec i sion i s realized,w hich is served by PLC and AC servom otor.The precision o f t he serv ice platfor m can reach t he level o f m icron.M ean w hil e,consi der i ng the features i n v i s

11、i on m easurem ent,a me t hod adopting re ference character i stic po i nt i sused,wh ich m akes the platf o r m s ze ro li ne cali brati ng auto m aticall y,i nstead o f usi ng t he trad iti ona l zero li necali brati ng m ethod.A t present,the i nstru m en t has been opera ted i n t he i ndustrial

12、 fi e l d.K ey word s:prec i se position i ng;PLC;v i sua l i nspection;A C se rvo mo tor;zero po i nt ca li b ration0 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

13、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

14、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:2021 04 06* 项目: 高档数控机床科技重大专项计划资助项目(2021ZX04014 09

15、2 64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F ig1 Compositi on o fm ea s ure m ent s y ste m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50 m,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15 m,工作台与载物台安装误差最大15 m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20 m。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S7 200系列CPU224CN型;伺服驱动器选用松下M INA S

16、A4系列;交流伺服电机为松下M S M D012P1U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2.2 PLC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。 M B77控制,通过S MW68S M D172和S MW78S M D172设图2 PLC程序流程图Fig2 F low chart of PLC programm i ng定脉冲参数,通过S M B66和S M B76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

17、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。2.3 PLC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W I N32AP I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F ig3 F l ow chart of comm unica tion2.4 驱动器设置松下M

18、I NA S A系列交流伺服驱动器可以接收最高2M pps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:P r .02=0:位置控制模式;P r .04=0,Pr .66=1:行程限位开关有效;P r .41=0,P r .42=3:指令脉冲和指令方向的组合方式;P r .43=0:禁止外部脉冲输入有效;P r .4E =0:允许偏差计数器清零;P r .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

19、台移动距离的关系为1个脉冲对应0.5 m 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50 m 。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Fig 4 P ri nciple of zero

20、 point cali brati on如图中,在待定位阵列点区域(点160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B 1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3 m,在B 1,可以实现最小一个脉冲(0.5 m 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5 m 。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0.1 m

21、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PLC 40000个脉冲用双频激光测量仪测量一次,正向(0100mm 测完6个点后,依次反向(1000mm 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1 X 轴实验数据Tab 1 Experi m ental data of X ax i s目标位置(mm移动方向平均偏差X ( m标准偏差S i( mX i -2S i ( mX i +2S i ( m重复定位

22、精度( m +-从表1中可以得出,工作台定位精度7A =m ax X i !+2S i !;X i +2S i -m i n X i !-2S i !;X i -2S i =9.0 m .单向重复定位精度为6R =(4S i ma x =(R i m ax =4.9 m .Y 轴补偿线性误差后定位精度为7.2 m,重复定位精度为5.5 m 。从实验的结果可以看出:工作台精度达到10 m 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

23、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。参考文献:究J.机床与液压,2021,36(11:94-96.2 陈兴平,郝 新,张曾科,等.多轴运动控制器及其应用J.仪器仪表学报,2001,22(4:134-136.3 胡佳丽,闫宝瑞,张安震,等.S7 200PLC 在伺服电机位置控制中的应用J.自动化仪表,2021,30(12:38-41.4 冯奇斌.一种用于尺寸测量的数控二维测量装置J.合肥工业大学学报:自然科学版,2000,23(6:1070-1072.5 李现勇.V is u alC +串口通信技术与工程实践M ,北京:人民邮电出版社,2004:299-

24、302.6 Chen Shangti ng ,Q i an X i aoyao ,Zhou M i ng .Research of auto m ati on s t eel t ap e m eas u re m en t s yste m based on PLC and compu ter visi on techno l ogyC #I EEE W ord Congress on Soft ware Engi neeri ng ,2021:251-254.7 周 权.擒纵轮半自动视觉检测仪数控系统的研制D.天津:天津大学,2021:6.作者简介:龙国煊(1984-,男,侗族,贵州天柱人

25、,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, ZHAO Lei, WANG Hali, HE Xufeng, ZHOUYongqin作者单位:赵磊,王哈力,周永勤,ZHAO Lei,WANG Hali,ZHOU Yongqin(哈尔滨理工大学,黑龙江,哈尔滨,150040, 何绪锋,HE Xufeng(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:MODERN ELECTRONICS TECHNIQUE年,卷(期:2021,32(16被引用次数:1次参

26、考文献(11条1.许建国电机与控制 19984.姚永平STC89C52RC系列单片机ISP/IAP高级应用期刊论文-单片机与嵌入式系统应用 2020(045.邬伟奇STC89系列高性能单片机及其应用期刊论文-微计算机信息 2004(076.付家才单片机控制工程实践技术 20047.王晓明电动机的单片机控制 20028.冯国楠现代伺服系统的分析与设计 20009.袁涛单片机C高级语言程序设计及其应用 200110.Briz Femando.Degner Micheal W.Garcia Pablo Comparison of Saliency-based Sensorless Control T

27、echniques for AC Machines 2003相似文献(10条随着半导体技术的飞速发展,具有图像功能的电力控制系统应用越来越多。在很多领域中都需要基于对当前目标的图像信息进行采样分析,从而控制电力传动系统的动作,对目标进行处理。随着图像采集中CMOS传感器的不断发展以及单片机和专用电动机控制集成芯片的广泛应用,它的应用范围也将十分广泛。本课题采用ATMEL公司系列单片机ATmega8以及ST MICROELECTRONICS公司的L6235构成控制电路,以无刷直流电机作为执行机构,兼顾成本与性能要求,做了以下方面的工作:首先,从实际要求与理论基础结合简述了本实验图像处理的方法。其

28、次,在理论基础上对系统的主要执行机构-无刷直流电机的特性进行了研究:另外,根据AVR单片机以及无刷直流电动机的专用控制芯片L6235的特点详细设计了系统的控制策略,包括硬件电路的设计制造,软件的编制等。在此之中最为重要的是我们结合主控电路与实际现场的要求从硬件与软件两个方面设计了电机位置检测电路。通过自制光电码盘与单片机的计数器功能相结合实现了整个系统的闭环控制,得到了较好的控制效果。最后,我们完整的制作了实验样机,并且通过实验室观测及实地运行,验证了系统运行的可行性。由此得出结论:本课题设计的基于图像处理的电机控制系统具有运行性能良好,可靠性高,升级换代容易的特点,为后续的研究工作以及正式应

29、用于实践当中提供了一定的基础。本文介绍的基于单片机的直流伺服电机调速系统,以低价位的P87LPC768单片机为核心,利用自带的PWM信号发生器以及丰富的中断资源,实现了对直流伺服电机转速的实时检测和闭环控制.本课题以通用电气医疗集团的Ovation5型核磁共振仪的床体为控制对象,研制了核磁共振成像仪床体运动控制与检测系统。论文具体分析了系统的设计要求,阐述了系统的功能,介绍了系统的硬件设计和软件设计。本系统的控制对象是核磁共振成像仪的床体,实现床体的纵向运动和横向运动控制及检测功能,纵向运动采用直流伺服电机驱动,横向运动采用直流步进电机驱动。床体同时具有现场手动控制和主机远程控制两种控制方式。控制系统主要由控制单元、执行机构、检测单元和显示单元四部分构成。系统设计了AVR系列单片机与MAX 系列CPLD相结合的核心控制器,采用PWM方式控制直流伺服电机。闭环PI调节调节器的应用,使控制系统具有良好的动态和静态性能。对直流步进电机采用驱动器开环控制方式。为了降低系统内不同等级电压间的相互干扰,本设计将控制部分与功率部分放置在不同电路板上。系统的硬件电路板主要包括主控制板、显示按键板、电机驱动板。主控制板是系统的核心部分,包括以单片机和CPID为主控元件控制核心,位置信号滤波电路,电平转换电路,串口通信电路,电流信