機床的驅(qū)動電機包括進給
步進電機和主軸
步進電機兩類。機械制造商在選購電機時擔(dān)心切削力不夠，往往選擇較大規(guī)格的馬達，這不但會增加機床的制造成本，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算，選擇最佳規(guī)格的電機。 進給驅(qū)動
步進電機的選擇1、原則上應(yīng)該根據(jù)負載條件來選擇
步進電機。在電機軸上所加的負載有兩種，即阻尼轉(zhuǎn)矩和慣量負載。這兩種負載都要正確地計算，其值應(yīng)滿足下列條件:1) 當(dāng)機床作空載運行時，在整個速度范圍內(nèi)，加在
步進電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電機連續(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) 最大負載轉(zhuǎn)矩，加載周期以及過載時間都在提供的特性曲線的準(zhǔn)許范圍以內(nèi)。3) 電機在加速/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，制動以及周期性變化的負載，必須檢查它的在一個周期中的轉(zhuǎn)矩均方根值。并應(yīng)小于電機的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩。加在電機軸上的負載慣量大小對電機的靈敏度和整個步進系統(tǒng)的精度將產(chǎn)生影響。通常，當(dāng)負載小于電機轉(zhuǎn)子慣量時，上述影響不大。但當(dāng)負載慣量達到甚至超過轉(zhuǎn)子慣量的5倍時，會使靈敏度和響應(yīng)時間受到很大的影響。甚至?xí)共竭M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
步進電機慣量Jm和負載慣量Jl之間的關(guān)系:
1<=Jl/Jm<52、負載轉(zhuǎn)矩的計算方法 加到
步進電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩計算公式，因機械而異。但不論何種機械，都應(yīng)計算出折算到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩。通常，折算到
步進電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩可由下列公式計算:Tl=(F*L/2πμ)+T0式中:Tl—折算到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩(N。M); F—軸向移動工作臺時所需要的力 L—電機軸每轉(zhuǎn)的機械位移量(M) To—滾珠絲杠螺母，軸承部分摩擦轉(zhuǎn)矩折算到
步進電機軸上的值(N。M) μ—驅(qū)動系統(tǒng)的效率 F取決于工作臺的重量，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: F=μ*(W+fg)切削時: F=Fc+μ*(W+fg+Fcf)
W:滑塊的重量(工作臺與工件)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上的力(kg)即工作臺壓向?qū)к壍恼驂毫ΑＳ嬎戕D(zhuǎn)矩時下列幾點應(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)整個轉(zhuǎn)矩。所以要特別注意。(c)切削力的反作用力會使工作臺的摩擦增加，以此承受切削反作用力的點與承受驅(qū)動力的點通常是分離的。如圖所示，在承受大的切削反作用力的瞬間，滑塊表面的負載也增加。當(dāng)計算切削期間的轉(zhuǎn)矩時，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)矩受進給速率的影響很大，必須研究測量因速度工作臺支撐物(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，即使在同一臺的機械上，隨調(diào)整條件，周圍溫度，或潤滑條件等因素而變化。當(dāng)計算負載轉(zhuǎn)矩時，請盡量借助測量同種機械上而積累的參數(shù)，來得到正確的數(shù)據(jù)。3、負載慣量的計算 由電機驅(qū)動的所有運動部件，無論旋轉(zhuǎn)運動的部件，還是直線運動的部件，都成為電機的負載慣量。電機軸上的負載總慣量可以通過計算各個被驅(qū)動的部件的慣量，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)時的慣量可按下面公式計算: J=(πγ/32)*D4L (kg cm2)如機構(gòu)為鋼材，則可按下面公式計算;
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) 軸向移動物體的慣量 工件，工作臺等軸向移動物體的慣量，可由下面公式得出:J=W*(L/2π)2 (kg cm2)式中; W—直線移動物體的重量(kg) L—電機每轉(zhuǎn)在直線方向移動的距離 (cm)3) 圓柱體圍繞中心運動時的慣量如圖所示:
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的慣量可以這樣計算; J=Jo+W*R2(kg cm2)式中; Jo—為圓柱體圍繞其中心線旋轉(zhuǎn)時的慣量(kgcm2) W—圓柱體的重量(kg) R—旋轉(zhuǎn)半徑(cm)4) 相對電機軸機械變速的慣量計算 將上圖所示的負載慣量Jo折算到電機軸上的計算方法如下: J=(N1/N2)2Jo式中: N1 N2為齒輪的齒數(shù)4、電機加速或減速時的轉(zhuǎn)矩 1) 按線性加減速時加速轉(zhuǎn)矩計算如下: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—快速移動時的電機轉(zhuǎn)速(r/min)Ta—加速時間(sec)Jm—電機慣量(N.m.s2)JL—負載慣量(N.m.s2)Vr—加速轉(zhuǎn)矩開始減少的點Ks—步進系統(tǒng)位置環(huán)增益(sec-1)電機按指數(shù)曲線加速時的加速轉(zhuǎn)矩曲線如下圖:此時，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)曲線加減速時間常數(shù)2) 當(dāng)輸入階躍性速度指令時，他的速度曲線與轉(zhuǎn)矩曲線如圖所示這時的加速轉(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、工作機械頻繁激活，制動時所需轉(zhuǎn)矩 當(dāng)工作機械作頻繁激活，制動時，必須檢查電機是否過熱，為此 須計算在一個周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)矩的均方根值，并且應(yīng)使此均方根值小于電機的連續(xù)轉(zhuǎn)矩。電機的均方根值;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 所知的時間可參見圖所示6、負載周期性變化的轉(zhuǎn)矩計算 如圖所示也需要計算出一個周期中的轉(zhuǎn)矩均方根值Trms。且該值小于額定轉(zhuǎn)矩。這樣電機才不會過熱，正常工作。
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