西门子611U伺服系统在Ф460辊锻机中的应用

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1、西门子611U伺服系统在Ф460辊锻机中的应用摘要：Ф460辊锻机主要完成各类连杆的辊锻工序，本文主要介绍了如何利用伺服系统改造其横移动作,并介绍了选型的计算。主题词：Ф460辊锻机伺服系统横移AbstractThispaperintroducesthathowtoachivetheФ460rollingmachinetransverseusingservesystem.Introducethecalculateoftheselectionthetypeofservemotor.KeyWords:Ф460rollingmachineservesystemtransverse一、

2、项目简介Ф460辊锻机主要完成各类连杆件的辊锻,热的坯料往往通过四次辊锻进行成型。以往辊锻机的横移动作是依靠液压系统的进油及机械的反靠动作来实现其精确定位，但经过几年运行后，液压系统往往会漏油，加之反靠档块的损坏，会产生定位不准确；另外液压系统由于受自然环境温度及设备工作时间的长短的影响会使油温发生变化，也会导致横移定位不准确。因此近些年来由于故障造成的废品率居高不下，浪费了大量的材料和人力物力。为此对其进行改造势在必行。二、方案选择由于设备的问题是横移不稳定，且由此造成了大量的废品，所以鄙弃液压系统，采用目前定位精度高，且动作快的伺服电机进行改造。将横移改为伺服电机的控制，这

3、样可避免横移不到位带来的问题，同时今后还可方便辊锻模的设计，即四道型槽的间距可不相等。目前市场上较普遍的采用西门子和安川的伺服电机，而针对我公司实际，采用西门子伺服电机的优点：编程方便，且目前已有该编程软件及相关的通讯电缆，因此可方便今后的维修和备件准备，缺点是丝杠的导程小，要求的伺服电机的转速高，因此对工位件最大的移动距离有限制，且西门子伺服电机的价格稍高。采用安川伺服电机的优点：伺服电机价格便宜，供货周期短，丝杠的导程大，要求的伺服电机的转速要求低。缺点是编程困难，且无编程软件及相关的通讯电缆，位置设定困难。故仍旧采用西门子伺服电机。伺服电机选型⑴工位间距取S=90mm；⑵

4、轧辊转速为65rpm，轧辊转1圈所需时间为0.92s；辊锻模占整个轧辊的比例为1/4；(3)手臂从前一工位移动到后一工位所需时间t=0.92*0.75=0.69s，考虑其它动作后，将手臂从前一工位移到后一工位所需的时间定为t=0.5s其中加速启动时间ta=0.15s，匀速行走时间tb=0.15s，减速制动时间tc=0.15s；Vtatbtct(4)参加横移的机构总重为320kg；(5)手臂横向行走是滚珠丝杠传动，丝杠直径dms=40mm，导程P=10mm，导套摩擦系数μ=0.15。1.首先计算电机转子惯量JM初定电机额定转速为n=3000rpm，则角速度ω=2πn/60=314

5、(弧度/s)因为总行程S=(1)其中V是匀速行走速度将tc=ta代入公式(1)得到横向匀速行走速度＝0.09/0.3=0.3(m/s)因为丝杠由电机直给，当电机以额定转速转动时，横向实际行走速度V’=nP/60=3000×0.01/60=0.5(m/s)，所以转速为3000可以满足要求。负载惯量(2)由公式(2)算出负载惯量JL＝320×(0.5/314)2=8.11×10-4(kgm2)允许负载惯量为5倍以下，即JL＜5JM，则JM＞JL/5=1.62×10-4(kgm2)选取西门子伺服电机1FK7083-5AF71-1AA0，转子惯量JM为27.3×10-4(kgm2)，满

6、足以上要求。2.验算电机额定扭矩和最大输出扭矩⑴首先计算折算到电机轴的负载扭矩TL，(3)其中Tf是导套摩擦折算到电机轴的转矩，ηms是滚珠丝杠摩擦折算效率，导套摩擦折算到电机轴的转矩(4)式(4)中η是传动效率，取η=0.9根据公式(4)算出导套摩擦折算到电机轴的转矩滚珠丝杠摩擦折算效率(5)由公式(5)算出滚珠丝杠摩擦折算效率那么根据公式(3)折算到电机轴的负载扭矩TL＝0.83/0.926=0.896(Nm)⑵再计算加减速扭矩TA(6)根据公式(6)中tac是加减速时间常数，按前面假设tac＝ta＝ta＝0.15s加减速扭矩TA=7.41(Nm)下面计算瞬时最大扭矩：加速

7、时扭矩Ta=TA–TL=7.41–0.896=6.516(Nm)匀速时扭矩Tb=TL=0.896(Nm)减速时扭矩Tc=TA+TL=7.41+0.896=8.306(Nm)实效扭矩(7)由公式(7)算出实效扭矩Trms==6.12(Nm)所选西门子电机的额定扭矩TM=10.5Nm＞Trms，故合格；伺服电机最大输出扭矩Tmax=16Nm，实际瞬时最大扭矩Ta＝6.12Nm＜Tmax×80％＝12.8Nm，故合格。3.验算加速时间和减速时间加速时间＝0.17(s)减速时间=＝0.133(s)加