機(jī)床的驅(qū)動(dòng)電機(jī)包括進(jìn)給
步進(jìn)電機(jī)和主軸
步進(jìn)電機(jī)兩類。機(jī)械制造商在選購電機(jī)時(shí)擔(dān)心切削力不夠，往往選擇較大規(guī)格的馬達(dá)，這不但會(huì)增加機(jī)床的制造成本，而且使之體積增大，其結(jié)構(gòu)布局不緊湊。因此，一定要通過具體的分析計(jì)算，選擇最佳規(guī)格的電機(jī)。 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)
步進(jìn)電機(jī)的選擇1、原則上應(yīng)該根據(jù)負(fù)載條件來選擇
步進(jìn)電機(jī)。在電機(jī)軸上所加的負(fù)載有兩種，即阻尼轉(zhuǎn)矩和慣量負(fù)載。這兩種負(fù)載都要正確地計(jì)算，其值應(yīng)滿足下列條件:1) 當(dāng)機(jī)床作空載運(yùn)行時(shí)，在整個(gè)速度范圍內(nèi)，加在
步進(jìn)電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電機(jī)連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，即應(yīng)在轉(zhuǎn)矩—速度特性曲線的連續(xù)工作區(qū)。2) 最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，加載周期以及過載時(shí)間都在提供的特性曲線的準(zhǔn)許范圍以內(nèi)。3) 電機(jī)在加速/減速過程中的轉(zhuǎn)矩應(yīng)在加減速區(qū)(或間斷工作區(qū))之內(nèi)。4) 對要求頻繁起，制動(dòng)以及周期性變化的負(fù)載，必須檢查它的在一個(gè)周期中的轉(zhuǎn)矩均方根值。并應(yīng)小于電機(jī)的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩。加在電機(jī)軸上的負(fù)載慣量大小對電機(jī)的靈敏度和整個(gè)步進(jìn)系統(tǒng)的精度將產(chǎn)生影響。通常，當(dāng)負(fù)載小于電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量時(shí)，上述影響不大。但當(dāng)負(fù)載慣量達(dá)到甚至超過轉(zhuǎn)子慣量的5倍時(shí)，會(huì)使靈敏度和響應(yīng)時(shí)間受到很大的影響。甚至?xí)共竭M(jìn)放大器不能在正常調(diào)節(jié)范圍內(nèi)工作。所以對這類慣量應(yīng)避免使用。推薦對
步進(jìn)電機(jī)慣量Jm和負(fù)載慣量Jl之間的關(guān)系:
1<=Jl/Jm<52、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法 加到
步進(jìn)電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式，因機(jī)械而異。但不論何種機(jī)械，都應(yīng)計(jì)算出折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。通常，折算到
步進(jìn)電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可由下列公式計(jì)算:Tl=(F*L/2πμ)+T0式中:Tl—折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N。M); F—軸向移動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所需要的力 L—電機(jī)軸每轉(zhuǎn)的機(jī)械位移量(M) To—滾珠絲杠螺母，軸承部分摩擦轉(zhuǎn)矩折算到
步進(jìn)電機(jī)軸上的值(N。M) μ—驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率 F取決于工作臺(tái)的重量，摩擦系數(shù)，水平或垂直方向的切削力，是否使用了平衡塊(用在垂直軸)。如果是水平方向，F(xiàn)軸的值由上圖例給出。無切削時(shí): F=μ*(W+fg)切削時(shí): F=Fc+μ*(W+fg+Fcf)
W:滑塊的重量(工作臺(tái)與工件)Kg μ:摩擦系數(shù) Fc:切削力的反作用力 fg:用鑲條固緊力
Fcf:由于切削力靠在滑塊表面作用在工作臺(tái)上的力(kg)即工作臺(tái)壓向?qū)к壍恼驂毫ΑＳ?jì)算轉(zhuǎn)矩時(shí)下列幾點(diǎn)應(yīng)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(jì)算的轉(zhuǎn)矩很小的。情特別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(yù)加載，以及絲杠的預(yù)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(shè)備。這樣的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)鄉(xiāng)整個(gè)轉(zhuǎn)矩。所以要特別注意。(c)切削力的反作用力會(huì)使工作臺(tái)的摩擦增加，以此承受切削反作用力的點(diǎn)與承受驅(qū)動(dòng)力的點(diǎn)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(fù)載也增加。當(dāng)計(jì)算切削期間的轉(zhuǎn)矩時(shí)，由于這一載荷爾引起的摩擦轉(zhuǎn)矩的增加應(yīng)給予考慮。
(d)摩擦轉(zhuǎn)矩受進(jìn)給速率的影響很大，必須研究測量因速度工作臺(tái)支撐物(滑塊，滾珠，浄壓力)，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(tái)的機(jī)械上，隨調(diào)整條件，周圍溫度，或潤滑條件等因素而變化。當(dāng)計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，請盡量借助測量同種機(jī)械上而積累的參數(shù)，來得到正確的數(shù)據(jù)。3、負(fù)載慣量的計(jì)算 由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的所有運(yùn)動(dòng)部件，無論旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件，還是直線運(yùn)動(dòng)的部件，都成為電機(jī)的負(fù)載慣量。電機(jī)軸上的負(fù)載總慣量可以通過計(jì)算各個(gè)被驅(qū)動(dòng)的部件的慣量，并按一定的規(guī)律將其相加得到。1) 圓柱體慣量 如滾珠絲杠，齒輪等圍繞其中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣量可按下面公式計(jì)算: J=(πγ/32)*D4L (kg cm2)如機(jī)構(gòu)為鋼材，則可按下面公式計(jì)算;
J=(0.78*10-6)*D4L (kg cm2)式中; γ—材料的密度(kg/cm2) D—圓柱體的直經(jīng)(cm) L—圓柱體的長度(cm)2) 軸向移動(dòng)物體的慣量 工件，工作臺(tái)等軸向移動(dòng)物體的慣量，可由下面公式得出:J=W*(L/2π)2 (kg cm2)式中; W—直線移動(dòng)物體的重量(kg) L—電機(jī)每轉(zhuǎn)在直線方向移動(dòng)的距離 (cm)3) 圓柱體圍繞中心運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣量如圖所示:
屬于這種情況的例子; 如大直經(jīng)的齒輪，為了減少慣量，往往在圓盤上挖出分布均勻的孔這時(shí)的慣量可以這樣計(jì)算; J=Jo+W*R2(kg cm2)式中; Jo—為圓柱體圍繞其中心線旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣量(kgcm2) W—圓柱體的重量(kg) R—旋轉(zhuǎn)半徑(cm)4) 相對電機(jī)軸機(jī)械變速的慣量計(jì)算 將上圖所示的負(fù)載慣量Jo折算到電機(jī)軸上的計(jì)算方法如下: J=(N1/N2)2Jo式中: N1 N2為齒輪的齒數(shù)4、電機(jī)加速或減速時(shí)的轉(zhuǎn)矩 1) 按線性加減速時(shí)加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算如下:Ta=(2πVm/60*104) *1/ta(Jm+JL)(1-e-ks。ta)Vr=Vm{1-1/ta。ks(1-e-ksta)Ta—加速轉(zhuǎn)矩(N.M)Vm—快速移動(dòng)時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)Ta—加速時(shí)間(sec)Jm—電機(jī)慣量(N.m.s2)JL—負(fù)載慣量(N.m.s2)Vr—加速轉(zhuǎn)矩開始減少的點(diǎn)Ks—步進(jìn)系統(tǒng)位置環(huán)增益(sec-1)電機(jī)按指數(shù)曲線加速時(shí)的加速轉(zhuǎn)矩曲線如下圖:此時(shí)，速度為零的轉(zhuǎn)矩To可由下面公式的出。To==(2πVm/60*104) *1/te(Jm+JL)Te—指數(shù)曲線加減速時(shí)間常數(shù)2) 當(dāng)輸入階躍性速度指令時(shí)，他的速度曲線與轉(zhuǎn)矩曲線如圖所示這時(shí)的加速轉(zhuǎn)矩Ta相當(dāng)于To 可由下面公式求得(ts=ks) Ta==(2πVm/60*104) *1/ts(Jm+JL)5、工作機(jī)械頻繁激活，制動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 當(dāng)工作機(jī)械作頻繁激活，制動(dòng)時(shí)，必須檢查電機(jī)是否過熱，為此 須計(jì)算在一個(gè)周期內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的均方根值，并且應(yīng)使此均方根值小于電機(jī)的連續(xù)轉(zhuǎn)矩。電機(jī)的均方根值;Trms=√[(Ta+Tf)2t1+Tf2t2+(Ta-Tf)2t1+To2t3]/T周式中; Ta—加速轉(zhuǎn)矩(N.M) Tf—摩擦轉(zhuǎn)矩(N.M) To—在停止期間的轉(zhuǎn)矩(N.M)t1t2t3t周 所知的時(shí)間可參見圖所示6、負(fù)載周期性變化的轉(zhuǎn)矩計(jì)算 如圖所示也需要計(jì)算出一個(gè)周期中的轉(zhuǎn)矩均方根值Trms。且該值小于額定轉(zhuǎn)矩。這樣電機(jī)才不會(huì)過熱，正常工作。
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