一种精密卧式加工中心进给电机选型分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com一种精密卧式加工中心进给电机选型分析口韩佳伟口刘春时口林剑峰口李焱沈阳机床(集团)有限责任公司设计研究院沈阳110142摘要：电机选型是机床设计相当关键的一步，它直接决定整个机床的各项运动性能指标能否最终实现。然而整个电机选型过程中所用的方法、设计计算、需要注意的各种因素等都是令很多设计人员费解的问题，以国家重大科技专项项目精密卧式加工中心为例来进行选型计算．同时也为后续的工程技术人员今后电机选型提供必要的参考。关键词：伺服电机扭矩惯量中图分类号：TH123；TG519文献标识码：A文章编号：1000—

2、4998(2011)08—0069—02数控机床的驱动系统动力是否能满足机床设计各2一般伺服电机选择的验证条件项指标的需求。决定着机床各项功能否实现，尤其当今机床及相关机械、汽车产业的迅猛发展，对机床提出了2．1电机的最高转速高速、高精度要求。对机床设计研发人员提出了新的挑电机选择首先依据机床快速移动速度。快速移动战，如何实现机床高速运行下，确保机床高精度是困扰要求所选电机转速必须满足参数的要求，且应严格控绝大多数人的难题。本文将对该问题进行阐述，为后续制在电机的额定转速之内。的机床设计人员提供一个实际参考。n=(V×))hX10≤n一(

3、1)式中：n一为电机的额定转速，r／min；凡为快速行程时电1伺服电机选型的要点机的转速，r／min；一为直线运行速度，m／min；为系统目前机床领域里经常会遇到一些高速、重载运动，传动比，i=nE邑机／n丝杠；Ph为丝杠导程，mm。这对电机的动力性能和加速性能影响很大。伺服驱动2．2惯量匹配问题及计算负载惯量电机作为机床动力的核心部件，如果选择大了，则导致为了保证足够的角加速度使系统反应灵敏和满足机床成本增加；如果选择小了，会导致机床功能难以实系统的稳定性要求，负载惯量应限制在2．5倍电机现。所以其选择的合理性尤为重要。首先要根据负载的

4、惯量之内，即J2．5。M，2Ⅳ2实际情况及各种工况来选出相匹配电机。然后再从中⋯按价格、重量、体积等技术经济指标进行优化选择电五=()+()(2)机。式中：为各转动件的转动惯量，kg·rn；oA，为各转动件在重大专项精密卧式加工中心的实际设计中，为角速度，rad／min；m为各移动件的质量，kg；vj为各移动了满足进给轴驱动性能的需求．以西门子IFT6系列电件的速度，m／min；为伺服电机的角速度，rad／min。机为例，在丝杠导程为25mm的情况下，选择IFT61082．3空载加速转矩电机就能满足参数要求．但是这种选择成本会非常高，空载

5、加速转矩发生在执行部件从静止以阶跃指令如果要想降低成本．又能满足参数要求，可以选择加速到快速时。一般应限定在变频驱动系统最大输出1TF608系列的电机，然后配以减速器，加大丝杠导程，转矩的80％以内，且要充分注意电机加速扭矩与电机这种驱动方式不但可以满足要求．还能极大地降低机转速之间的关系。床成本。但是也必须考虑这种驱动方式是否能得到整Tm~--≤×8o％(3)个安装空间的允许。所以对于驱动结构的选择也是选择电机极为重要的一步，必须多角度思考来选择电机。式中：一为与电机匹配的变频驱动系统的最大输出同时，选择伺服电机最重要的是。不能只考虑电

6、机的机转矩，N-Ill；为空载时加速转矩，N·m；Tr为快速行械参数．必须在满足机械参数的同时．电机的驱动功率程时转换到电机轴上的载荷转矩，N·rn；t为快速行程模块也必须满足要求，过大过小都是不可取的。时加减速时间常数，m8。2．4切削负载转矩$国家重大科技专项(编号：2009ZX04001—025)收稿日期：2011年2月在正常工作状态下，切削负载转矩不超过电机机械制造49卷第564期2011／8学兔兔www.xuetutu.com表1惯量扭矩折算表类别折算项目计算公式字母含义丝杠的转动惯量警=趟32d为直径(m)；1为长度(m)；P

7、为钢的密度7800k#m；m为丝杠质量。直线移动负载折算到丝杠上的转动惯量Ju=m-I]m移动部件质量(kg)；P为丝杠的螺距(m)。五。：惯量折算减速齿轮转动惯量。、如为大小齿轮转动惯量；d、d为大小齿轮的直径；m2、m，为大小齿轮的质／(kg·m)警量。i为减速比，如果机构采用伺服电机直连驱动，则=1，、，c。为0；为联轴器折算到电机轴上的转动惯量+五+的转动惯量；如果机构采用伺服电机和减速器进行二级传动驱动，则i为机构的k—减速比，五。、，f为大小齿轮转动惯量的实际值，为胀紧套的转动惯量。折算到电机轴上的最大加速力矩一^为折算到电机

8、轴上的总惯量；￡为加速时间(s)。折算至电机轴上的摩擦力矩TFFo一ZR为导轨摩擦力(N)；P为丝杠螺距；叼为传动效率。1r竹折算到电机轴上由丝杠预紧引起的附加摩擦力矩=P。为滚珠丝杠预加载荷