FANUC伺服电机选型计算手册-v1

1No.类别口北京发那科机电有限公司全体口销售技术线☑北京发那科机电有限公司技术部口维修线口市场课口机床厂口最终用户编写人审核批准签字签字签字日期日期日期1伺服电机选型计算手册 2 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 52.1.1负载惯量比 52.1.2加减速特性(短时加工因素) 62.1.3空载扭矩 6 62.1.5扭矩的均方根值 72.1.6动态刹车距离 72.1.7电机的保护 83.典型结构伺服电机选型举例 错误!未定义书签。3.1丝杆传动水平轴电机选型计算 9 93.1.2轴电机选型中间变量计算 3.1.3伺服电机型号选择 错误!未定义书签。3.2丝杆传动重力轴电机选型计算 错误!未定义书签。3.2.1基本轴参数输入 错误!未定义书签。3.2.2轴电机选型中间变量计算 错误!未定义书签。3.2.3伺服电机型号选择………………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。3.3.1基本轴参数输入…………………错误!未定义书签。3.3.2轴电机选型中间变量计算………错误!未定义书签。3.3.3伺服电机型号选择……………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。3.4.1基本轴参数输入…………………错误!未定义书签。3.4.2轴电机选型中间变量计算………错误!未定义书签。3.4.3伺服电机型号选择………………错误!未定义书签。2FANUC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：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。木说明书中，以低压(200V)电机与放大器为例进行描述。3FANUC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ai系列和βi系列两大类。而在ai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aiF系列与aiS系列。电机型号所属系列驱动电压电机特点中惯量，适用于进给驱动轴小型、高速、大功率，优越的高加速性能高性价比、紧凑型电机aiF电机的高电压信号aiS电机的高电压型号βi电机的高电压型号1.1低压(200V)系列伺服电机电机类型电机功率(额定)*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电机类型电机功率(额定)扭矩荣誉证书:西门子三菱安川富士施耐德松下三垦ABBABB杯第二届全国自动化系统工程师论文大赛变频器工控机传感器PLC伺服驱动伺服电机在由中国自动化学会主办，ABB(中国)有限公司协办，电气时代杂志社承办的“第二届全国自动化系统工程师论文大赛”中。您投递的论文《变频器模拟电路田工发此证!地址：北京市房山区南大街九州B区2Ver伺服电机的选择主要是对进给轴驱动电机的选择。基于伺服电机的精度、负载、快速移动的速度、系统的最小进给单位以及其他因素进行综合的考虑，从而得出正确的选在机械加工中，电机所受的力包括：连续负载扭矩(包括重力、摩擦力等)、加减速扭矩、切削扭矩。在选择电机时，需要对上述各个力的大小进行综合的分析，最终确定电机的型号。除此以外，电机在工作的过程中，由于会受到工作环境的影响。因此，在选择电机的时候，还需要考虑电机所处的环境对电机的影响，例如：温度、湿度、震动等因素。为机床选择进给驱动电机时，需要考虑机械部分的传动结构与电机的匹配、电机的运转速度、机床的加减速时间大小、电机的停止距离等因素。概括言之，即选择与机械相匹配的电机，主要包括以下因素；1、负载惯量比；2、加减速特性(短时加工因素);3、连续负载扭矩；4、电机速度；5、扭矩的均方根值；6、动态刹车距离。需要注意的是，需要通过正确的计算方法，对电机进行选择。除了对电机大小的选择以外，在选择电机的过程中，还必须要考虑电机的工作环境。例如：高温、高湿度、粉尘等因素。这样就需要对电机的防护等级进行选负载惯量比是指进给轴的负载惯量与进给轴电机惯量的比值。该值反映了电机对于负载的控制能力。该值越小，电机的控制力越强。要确保伺服电机能够有效的工作，需要为机床选择具有恰当惯量的电机。而其选择的技术指标称为负载惯量比(负载惯量/电机惯尤其，当以工件加工表面质量为优先考虑要素时，机床的惯量与选择的进给轴伺服电伺服电机选型计算手册沈锦波新发布机惯量之比应该在推荐的负载惯量比范围内，并且尽可能的使得负载惯量比比值较负载惯量比选取的过大，会造成电机的控制不稳定，调试电机将十分困难。同时，还会使得加工表面的精度与粗糙度降低，定位时间变长。推荐选取范围：负载惯量/电机惯量=3~5。注：在特殊的加工情况下，例如木工机械加工。需要在高速移动中进行曲线以及沟槽的加工，在这种情况下，建议选择惯量大于或者等于负载惯量的电机，以满足高速加工的需求。另外，在进行高速高精度加工以及模具加工等时，建议选择电机的惯量值使负载惯量在机械加工中，除了需要保证推动负载加工的连续推力之外，还必须要考虑短时的加工因素，即：电机在加减速过程中的输出特性。在加减速过程中，会达到机械需要的最大推力。因此，在选择电机时，需要考虑电机的最大扭矩与机械加减速过程中所需要的最大扭矩是否匹配。电机的最大扭矩直接影响加减速时间常数的设定。空载扭矩指不进行切削时电机所承受的扭矩，主要包括机械摩擦以及重力轴中重力的作用力矩，通常空载的扭矩应该不超过伺服电机堵转扭矩的30%。如果空载扭矩与堵转扭矩相同，则在计算均方根值时，会导致整个加工过程中的平均扭矩值(包括加/减速扭矩、切削扭矩)超过电机的额定扭在无配重重力轴电机的使用中，如果加工中只存在向下切削部分切削力。在这种情况下，空载扭矩最高可至伺服电机堵转扭矩的70注：堵转扭矩的标准，请根据机床的实际特点以及实际机械的结构进行衡量，根据实际的调试经验，建议连续负载的扭矩不要超过电机堵转扭矩的30%。在实际机械运转中，电机的旋转速度不可以超过电机旋转的最大速度。伺服电机选型计算手册沈锦波新发布例如：下图为一个加工周期内的运转情况，根据各个动作时的扭矩平方的平均值求出电机速度电机扭矩0T时间连续运转模式示意图在选择电机时，需要使得T…≤堵转扭矩×90%动态刹车距离是指当意外事故发生时，需要机床停止时的刹车距离。动态刹车的方法是将电机动力线的两端进行短接(系统放大器内完成，不需要进行额1)放大器接收时间延迟产生的移动距离。延时时间为t1;2)电磁接触器(MCC)的关断时间产生的移动距离。延时时间为t2;通常，t1+t2=0.05秒。伺服电机选型计算手册沈锦波新发布Vm:快速移动速度，mm/sec或者[deg/sec]Jy:电机惯量[kg·m²]J:负载惯量[kg·m²]N0:电机快速移动速度[min~']L:电机一转的移动距离[mm]或者[deg](N0/60×L=V。)在使用中，还可以选系统功能来缩短动态刹车的距离：紧急停止距离缩短功注：刹车系数A与B可以查询说明书65262EN以及65302E电机的保护主要是指在使用电机过程中，需要注意电机工作的环境。包括温度、湿度、粉尘等因素。正确的使用电机，会延长电机的使用寿命，同时大大减低电机的故障发生概率。即电机工作车间或者室内的温度。若温度超过40℃,则应通过外界降温的方法使温度处于正常的工作范围内。在本说明书中，关于电机的所有数据(功率、扭矩等)均是在工作温度为20℃时测量2)湿度：≤80%RH。4)防护等级：FANUC系列电机的单体电机防护电机除外)。但是这个防护等级数据是会在使用电机的过程中发生变化的。因此，在使用中，需要注意：在极端恶劣的工作环境中，为了避免电机受到更大的侵蚀而损坏电机，请务必机，请选择更高防护等级的电机，例如：IP67(IEC标准)等级的伺服电机。伺服电机选型计算手册沈锦波新发布●●3典型结构伺服电机选型举例●3.1单丝杆传动水平轴电机选型计算注质量m包括工作台及工作台的负载质量。0.05,滑动导轨为0.1。质量m包括工作台及工作台的负载质量。0.05,滑动导轨为0.1。切削力FcN0如无法确定，可暂设定为0,电机选型时根据机械效率η械效率可设定为0.9。最大进给速度V根据实际机床的设计要求设定要求的最大加备注在电机轴端的折算惯量。参数单位值(例)丝杆直径dM丝杆导程pt丝杆长度1M减速比1/Z1其它惯量J13除Ver3.1.2基本轴参数输入根据输入的轴基本参数，根据各变量的计算公式对丝杆传动轴电机选型中间变量表中丝杆传动轴电机选型中间变量表变量单位值(例)备注电机一转移动量p电机最大转速N质量折算惯量J1丝杆折算惯量J12其它惯量J13负载惯量J]空载扭矩Tm切削扭矩Tc0负载扭矩Tmc加速扭矩Tmax伺服电机选型计算手册沈锦波新发布电机选型中间变量计算如下：电机一转移动量p电机最大转速N质量折算惯量JI1丝杆折算惯量JI2Y:丝杆密度，钢铁材料密度为7800kg/m³负载惯量JI=0.0022+0.001+0.0005=0.0037摩擦扭矩Tf空载扭矩Tm伺服电机选型计算手册沈锦波新发布负载扭矩Tmc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Tmax●3.1.3伺服电机型号选择根据上一步计算的轴电机选型中间变量表初选电机型号为：aiS12/4000,并进行确认(如下表),满足要求。电机选型确认表选型确认项单位值(例)备注负载惯量比%用于模具加工或有频繁加减速要求的机床要求小于300%,用于零件加工的机床最人可至空载扭矩比率%如切削力无法确定，暂设定为0,电机选型时30%,保留60%的余量用于加工切削。负载扭矩比率%如切削力可以确定，不为0,电机选型时可根90%,保留10%的余量。最高转速加速扭矩小于电机最大扭矩的90%,保留10%的余量。注：有关aiS12/4000电机的相关参数(包括扭矩、惯量等)请参考相关规格样本。伺服电机选型计算手册沈锦波新发布Ver负载惯量比率空载扭矩比率负载扭矩比率伺服电机选型计算手册沈锦波新发布3.2丝杆传动重力轴电机选型计算丝杆传动重力轴参数表参数单位值(例)备注质量m包括工作台及工作台的负载质量。平衡质量me0如果为平衡缸平衡方式，将其设定为0。平衡力FbNm丝杆导程pe丝杆长度1m2其它惯量J13摩擦系数μ为0.05,滑动导轨为0.1。切削力FcN01.如下图所示，在加工过程中存在重力轴时根据空载扭矩比率进行选型。2.在加工过程中不存在重力轴向上切削的情况下，设定为0。机械效率η-机械效率可设定为0.9。根据实际机床的设计要求设定要求的最大Ver变量单位值(例)备注电机一转移动量p质量折算惯量J1如果为配重块配重方式，质量折算惯丝杆折算惯量J12其它惯量J13负载惯量JI0重力轴摩擦扭矩一般不易计算，厂家需根据实际机床的特性自行设定一Ver重力扭矩Tg空载扭矩Tm切削扭矩Tc0负载扭矩Tmc加速扭矩Tmax2.使用平衡缸平衡方式，由于平衡注：表中变量计算的数值大部分为国际单位。电机一转移动量pY:丝杆密度，钢铁材料密度为7800kg/m²沈锦波新发布Ver负载惯量JI重力扭矩Tg空载扭矩Tm切削扭矩Tc负载抓矩Tmo计算扭矩的均方根值，具体参考本文“2.1.5扭矩的加速扭矩Tmax伺服电机选型计算手册沈锦波新发布●3.2.3伺服电机型号选择根据上一步计算的轴电机选型中间变量表初选电机型号为：aiS22/4000,并进行确认(如下表),满足要求。电机选型确认表选型确认项单位值(例)备注负载惯量比%用于模具加工或有频繁加减速要求的机床要求小空载扭矩比率%1.在加工过程中存在重力轴向上切削的情况下，如切削力无法确定，暂设定为0,电机选型30%,保留60%的余量用于加工切削。2.在加工过程中不存在重力轴向上切削的情重力轴无配重一般要求小于70%,重力轴带配重负载扭矩比率%如切削力可以确定，不为0,电机选型时可根据最高转速加速扭矩小于电机最大扭矩的90%,保留10%的余量。电机选型确认项计算公式：负载惯量比空载扭矩比率负载扭矩比率伺服电机选型计算手册沈锦波新发布Ver3.3丝杆传动倾斜轴电机选型计算参数单位值(例)备注质量m包括工作台及工作台的负载质量。平衡力FbN丝杆直径dm丝杆导程p丝杆长度1m减速比1/Z2其它惯量J13隆擦系数μ0.05,滑动导轨为0.1。切削力FcN03.如下图所示，在加工过程中存在重力轴向定该项数值，可暂设定为0,电机选型时根据4.在加工过程中不存在重力轴向上切削的情机械效率η械效率可设定为0.9。倾斜角0最人进给速度V最大加速度amax根据实际机床的设计要求设定要求的最大加Ver丝杆传动倾斜轴示意图根据输入的轴基本参数，根据各变量的计算公式对丝杆传动轴电机选型中间变量表中变量单位值(例)备注电机一转移动量电机最大转速N质量折算惯量J1丝杆折算惯量J12其它惯量J13负载惯量JI重力扭矩Tg空载扭矩Tm切削扭矩Tc0负载扭矩Tmc加速扭矩Tmax2.使用平衡缸平衡，由于平衡缸响应速度有限，故计算加速扭矩时不考虑平衡力。伺服电机选型计算手册沈锦波新发布电机一转移动量p电机最大转速Nrev/min)质量折算惯量JI1丝杆折算惯量JI2负载惯量JI=0.00094+0.001+0.0005伺服电机选型计算手册沈锦波新发布重力扭矩Tg空载扭矩Tm切削扭矩Tc负载扭矩Tmc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“2.1.5扭矩的均方值”。加速扭矩Tmax伺服电机选型计算手册沈锦波新发布●3.3.3伺服电机型号选择根据上一步计算的轴电机选型中间变量表初选电机型号为：aiS22/4000,并进行确认(如下表),满足要求。电机选型确认表选型确认项单位值(例)备注负载惯量比%用于模具加工或有频繁加减速要求的机床要求小于300%,用于零件加工的机床最大可至500空载扭矩比率%负载扭矩比率%最高转速加速扭矩小于电机最大扭矩的90%,保留10%的余量。电机选型确认项计算如下：负载惯量比空载扭矩比率负载扭矩比率伺服电机选型计算手册沈锦波新发布Ver3.4齿轮齿条传动水平轴电机选型计算根据齿轮齿条传动水平轴示意图，在齿轮齿条传动水平轴参数表中填